一种锥形磁轴承开关磁阻电机及控制方法与流程

文档序号:12649329
一种锥形磁轴承开关磁阻电机及控制方法与流程
本发明涉及一种锥形磁轴承开关磁阻电机及控制方法,属于电机类的磁悬浮开关磁阻电机及其控制技术领域。

背景技术:
无轴承开关磁阻电机是20世纪90年代发展起来的一种新型磁悬浮电机。无轴承开关磁阻电机因集旋转与悬浮两功能于一体,不仅可有效解决高速运行时轴承摩擦带来的损耗和发热等问题,还能进一步发挥开关磁阻电机的高速适应性,从而强化其在航空航天、飞轮储能、舰船等高速领域的应用基础。研究发现,无轴承开关磁阻电机的旋转和悬浮功能能否解耦,以及高速运行时悬浮电流的跟踪及斩波控制精度如何,对无轴承开关磁阻电机的高速性能能否充分发挥起着至关重要的作用。因此,为解决上述两方面问题,南京航空航天大学和南京邮电大学的学者提出了一些新型电机结构及其控制方法。提出的12/8极复合转子单绕组无轴承开关磁阻电机,通过分时错位分别产生悬浮力和转矩,可实现悬浮和旋转功能的解耦控制,但因需要对每个绕组独立控制,功率变化器成本较高。又提出了一种具有轴向磁通的12/8极复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机和一种轴向并列式12/8极复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机,上述两电机的每相转矩绕组对称励磁产生转矩的同时,还为该相悬浮绕组提供偏置磁通,转矩和悬浮力分别由磁阻电机转子和圆柱转子独立产生,因此也实现了悬浮和旋转的解耦;但是悬浮系统也三相工作制,功率电路成本也较高。另外,上述电机,因悬浮控制所需,必须在悬浮区间对转矩绕组电流斩波控制,导致电机无法充分励磁,转矩输出能力受限,不利于该电机在高速场合的应用。无轴承开关磁阻电机因悬浮控制要求,需要对悬浮电流进行斩波控制。对单绕组无轴承开关磁阻电机而言,各个绕组需要独立控制,功率管数量多,变化器成本高;另外,由于该类电机悬浮控制的同时,还需输出转矩,因悬浮励磁宽度和幅度所限,导致电机无法充分励磁,从而影响转矩的输出。对双绕组无轴承开关磁阻电机而言,一套为转矩绕组,用于提供悬浮偏置磁通和产生转矩;另一套为悬浮绕组,用于产生悬浮力。常采用轮流导通控制方法,悬浮绕组相数与转矩绕组相数相同,导致悬浮功率电路复杂,且成本较高。另外,由于在悬浮励磁阶段,转矩绕组电流需要进行斩波控制,为悬浮绕组提供所需的偏置磁通,同样无法充分励磁,导致输出转矩受限。另外,典型的无轴承电机仅能控制径向两个自由度的悬浮,然而实现转子的稳定悬浮需要在五个自由度上施加约束,因此它必须和轴向磁轴承配合使用才能构成一个完整五自由度悬浮的磁悬浮电机。五自由度磁悬浮电机通常有以下几种组成形式:1)1个无轴承电机+1个轴向径向磁轴承,2)1个无轴承电机+1个径向磁轴承+1个轴向磁轴承,3)2个无轴承电机+1个轴向磁轴承。由上述3种组成形式可知,无轴承电机至少需要与一个轴向磁轴承配合才能构成一个五自由度磁悬浮系统,这也是无轴承电机的技术瓶颈。因此,如果将轴向磁轴承功能集成到无轴承电机中,将进一步提升系统的集成度、临界转速和功率密度。

技术实现要素:
本发明为了克服现有技术的不足,提出一种锥形磁轴承开关磁阻电机及控制方法。所述电机是一种悬浮力和转矩结构上解耦、转矩磁路和悬浮力磁路分离、高速适应性强、径向承载力大、功率变化器成本较低的新型五自由度磁悬浮开关磁阻电机;所述控制方法可独立控制转矩绕组电流和悬浮绕组电流,旋转和悬浮系统间相互解耦,彼此影响弱;五自由度悬浮控制类似磁悬浮轴承,采用恒导通控制策略,并且仅需控制五个方向悬浮绕组电流,即可产生所需的五个方向悬浮力,控制变量少,悬浮控制简单,悬浮系统功率变换器成本低。为了解决上述问题,本发明采用的技术方案为:一种锥形磁轴承开关磁阻电机,包括锥形磁轴承Ⅰ、开关磁阻电机和锥形磁轴承Ⅱ;所述开关磁阻电机布置在锥形磁轴承Ⅰ和锥形磁轴承Ⅱ之间;锥形磁轴承Ⅰ由锥形定子Ⅰ、锥形转子Ⅰ、偏置绕组Ⅰ、径向悬浮绕组Ⅰ和轴向悬浮绕组Ⅰ构成,其中锥形定子Ⅰ由轴向力定子Ⅰ、径向力定子Ⅰ和非导磁构件Ⅰ组成;锥形磁轴承Ⅱ由锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅱ、偏置绕组Ⅱ、径向悬浮绕组Ⅱ和轴向悬浮绕组Ⅱ构成,其中锥形定子Ⅱ由轴向力定子Ⅱ、径向力定子Ⅱ和非导磁构件Ⅱ组成;所述开关磁阻电机由磁阻电机定子、磁阻电机转子和磁阻电机绕组构成;所述锥形转子Ⅰ布置在锥形定子Ⅰ内,锥形转子Ⅱ布置在锥形定子Ⅱ内,磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内;所述锥形转子Ⅰ、磁阻电机转子和锥形转子Ⅱ套在转轴上;所述锥形定子Ⅰ和锥形定子Ⅱ均为锥形凸极结构,所述锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ均为锥形圆柱结构;锥形定子Ⅰ、锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ的锥形角相等;锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ的锥形角开口方向相同,锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ的锥形角开口方向相同;锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ的锥形角开口方向与锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ的锥形角开口方向相反;所述磁阻电机定子和磁阻电机转子均为凸极结构,磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数有12/8、6/4、8/6三种组合形式;其中磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数组合为12/8和6/4时,开关磁阻电机为三相工作制,磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数组合为8/6时,开关磁阻电机为四相工作制;所述径向力定子Ⅰ、非导磁构件Ⅰ均布置在轴向力定子Ⅰ内,其中非导磁构件Ⅰ布置在轴向力定子Ⅰ与径向力定子Ⅰ之间;轴向力定子Ⅰ和非导磁构件Ⅰ紧密布置,非导磁构件Ⅰ和径向力定子Ⅰ紧密布置;所述轴向力定子Ⅰ为锥形凸极结构,齿数为8;所述径向力定子Ⅰ由8个C型结构构成,所述C型结构的齿为锥形结构,齿数为16;所述轴向力定子Ⅰ的齿宽与径向力定子Ⅰ的齿宽相等;所述非导磁构件Ⅰ由8个L型结构构成,所述L型结构的齿为锥形结构,齿数为8;所述轴向力定子Ⅰ的8个齿圆周上均匀分布,相邻齿与齿间的夹角为45°,且其中与水平方向重合的两个齿分别称为水平正方向齿Ⅰ和水平负方向齿Ⅰ,与竖直方向重合的两个齿称为竖直正方向齿Ⅰ和竖直负方向齿Ⅰ;轴向力定子Ⅰ的相邻齿与齿之间存在空气隙,进而形成8个定子槽;所述每个定子槽中均放置1个径向力定子Ⅰ的C型结构和1个非导磁构件Ⅰ的L型结构,且每个L型结构布置在每个C型结构和轴向力定子Ⅰ之间;其中,2个L型结构分别和与之相邻的水平正方向齿Ⅰ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的水平负方向齿Ⅰ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直正方向齿Ⅰ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直负方向齿Ⅰ紧密布置;每个C型结构中的1个齿和与之处于同一定子槽中的L型结构紧密布置,该C型结构的另一个齿和与之相邻的轴向力定子Ⅰ的齿之间存在空气隙;在水平正方向齿Ⅰ位置处,形成1个由水平正方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;在水平负方向齿Ⅰ位置处,形成1个由水平负方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;在竖直正方向齿Ⅰ位置处,形成1个由竖直正方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;在竖直负方向齿Ⅰ位置处,形成1个由竖直负方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;从而,共形成4个宽齿Ⅰ;所述4个宽齿Ⅰ、轴向力定子Ⅰ的剩余4个齿、径向力定子Ⅰ中未与非导磁构件Ⅰ的L型结构紧密贴合的剩余8个齿,一起构成所述锥形定子Ⅰ的16个齿;所述4个宽齿Ⅰ上均绕组m个宽齿绕组Ⅰ,其中m为开关磁阻电机的相数;在每个宽齿Ⅰ上选取1个宽齿绕组Ⅰ,串联成1个偏置绕组Ⅰ,从而形成m个偏置绕组Ⅰ;所述锥形定子Ⅰ的剩余12个齿上均绕有1个绕组,即轴向力定子Ⅰ的剩余4个齿均绕有1个绕组,串联构成1个轴向悬浮绕组Ⅰ;径向力定子Ⅰ中未与非导磁构件Ⅰ的L型结构紧密配合的剩余8个齿上也均绕有1个绕组,具体连接方式为:在水平正方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平正方向绕组串Ⅰ;在水平负方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平负方向绕组串Ⅰ;所述1个水平正方向绕组串Ⅰ和1个水平负方向绕组串Ⅰ串联,构成1个水平径向悬浮绕组Ⅰ;在竖直正方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直正方向绕组串Ⅰ;在竖直负方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直负方向绕组串Ⅰ;所述1个竖直正方向绕组串Ⅰ和1个竖直负方向绕组串Ⅰ串联,构成1个竖直径向悬浮绕组Ⅰ;所述径向力定子Ⅱ、非导磁构件Ⅱ均布置在轴向力定子Ⅱ内,其中非导磁构件Ⅱ布置在轴向力定子Ⅱ与径向力定子Ⅱ之间;轴向力定子Ⅱ和非导磁构件Ⅱ紧密布置,非导磁构件Ⅱ和径向力定子Ⅱ紧密布置;所述轴向力定子Ⅱ为锥形凸极结构,齿数为8;所述径向力定子Ⅱ由8个C型结构构成,所述C型结构的齿为锥形结构,齿数为16;所述轴向力定子Ⅱ的齿宽与径向力定子Ⅱ的齿宽相等;所述非导磁构件Ⅱ由8个L型结构构成,所述L型结构的齿为锥形结构,齿数为8;所述轴向力定子Ⅱ的8个齿圆周上均匀分布,齿与齿间的夹角为45°,且其中与水平方向重合的两个齿分别称为水平正方向齿Ⅱ和水平负反方向齿Ⅱ,与竖直方向重合的两个齿称为竖直正方向齿Ⅱ和竖直负方向齿Ⅱ;轴向力定子Ⅱ的8个齿与齿之间存在空气隙,进而形成8个定子槽;所述每个定子槽中均放置1个径向力定子Ⅱ的C型结构和1个非导磁构件Ⅱ的L型结构,且每个L型结构布置在每个C型结构和轴向力定子Ⅱ之间;其中,2个L型结构分别和与之相邻的水平正方向齿Ⅱ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的水平负方向齿Ⅱ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直正方向齿Ⅱ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直负方向齿Ⅱ紧密布置;8个C型结构中的1个齿分别和与之处于同一定子槽中的每个L型结构紧密布置,且8个C型结构中剩余8个齿,分别与轴向力定子Ⅱ中剩余4个齿之间存在空气隙;在水平正方向齿Ⅱ位置处,形成1个由水平正方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;在水平负方向齿Ⅱ位置处,形成1个由水平负方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;在竖直正方向齿Ⅱ位置处,形成1个由竖直正方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;在竖直负方向齿Ⅱ位置处,形成1个由竖直负方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;从而,共形成4个宽齿Ⅱ;所述4个宽齿Ⅱ、轴向力定子Ⅱ的剩余4个齿、径向力定子Ⅱ中未与非导磁构件Ⅱ的L型结构紧密配合的剩余8个齿,一起构成所述锥形定子Ⅱ的16个齿;所述4个宽齿Ⅱ上均绕组m个宽齿绕组Ⅱ,其中m为开关磁阻电机的相数;在每个宽齿Ⅱ上选取1个宽齿绕组Ⅱ,串联成1个偏置绕组Ⅱ,从而形成m个偏置绕组Ⅱ;所述锥形定子Ⅱ的剩余12个齿上均绕有1个绕组,即轴向力定子Ⅱ的剩余4个齿均绕有1个绕组,串联构成1个轴向悬浮绕组Ⅱ;径向力定子Ⅱ中未与非导磁构件Ⅱ的L型结构紧密配合的剩余8个齿上也均绕有1个绕组,具体连接方式为:在水平正方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平正方向绕组串Ⅱ;在水平负方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平负方向绕组串Ⅱ;所述1个水平正方向绕组串Ⅱ和1个水平负方向绕组串Ⅱ串联,构成1个水平径向悬浮绕组Ⅱ;在竖直正方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直正方向绕组串Ⅱ;在竖直负方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直负方向绕组串Ⅱ;所述1个竖直正方向绕组串Ⅱ和1个竖直负方向绕组串Ⅱ串联,构成1个竖直径向悬浮绕组Ⅱ;所述1个轴向悬浮绕组Ⅰ和1个轴向悬浮绕组Ⅱ串联,构成一个轴向悬浮绕组;所述开关磁阻电机的每个定子齿上绕有1个绕组,所有磁阻电机定子齿上的绕组,分m组,分别连接在一起,构成m个磁阻电机绕组;1个磁阻电机绕组与1个偏置绕组Ⅰ和1个偏置绕组Ⅱ串联,构成1个转矩绕组,共m个。所述磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数采用12/8组合,即所述磁阻电机定子齿数为12、磁阻电机转子齿数为8、电机相数m为3时,每4个相隔90°的磁阻电机定子齿上的绕组,采用串联、或并列、或串并结合的连接方式,连接在一起,构成1个磁阻电机绕组,共形成3个磁阻电机绕组;所述3个磁阻电机绕组再分别与所述3个偏置绕组Ⅰ和3个偏置绕组Ⅱ进行串联,进而构成3个转矩绕组,即为三相转矩绕组。所述磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数采用6/4组合,即所述磁阻电机定子为6、磁阻电机转子齿数为4、电机相数m为3时,每2个相隔180°的磁阻电机定子齿上的绕组,采用串联、或并列的连接方式,连接在一起,构成1个磁阻电机绕组,共形成3个磁阻电机绕组;所述3个磁阻电机绕组再分别与所述3个偏置绕组Ⅰ和3个偏置绕组Ⅱ进行串联,进而构成3个转矩绕组,即为三相转矩绕组。所述磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数采用8/6组合,即所述磁阻电机定子为8、磁阻电机转子齿数为6、电机相数m为4时,每2个相隔180°的磁阻电机定子齿上的绕组,采用串联、或并列的连接方式,连接在一起,构成1个磁阻电机绕组,共形成4个磁阻电机绕组,所述4个磁阻电机绕组再分别与所述4个偏置绕组Ⅰ和4个偏置绕组Ⅱ进行串联,进而构成4个转矩绕组,即为四相转矩绕组。所述锥形磁轴承开关磁阻电机包括1个开关磁阻磁阻电机和2个锥形磁轴承,其中开关磁阻电机产生旋转转矩,2个锥形磁轴承产生五个方向悬浮力,以实现转子五个方向的悬浮运行;所述电机包括m相转矩绕组,4个径向悬浮绕组和1个轴向悬浮绕组,其中,独立控制m相转矩绕组电流,以调节转矩,并产生偏置磁通;独立控制5个悬浮绕组电流,实现五自由度悬浮调节;包括如下步骤:步骤A,获取给定转矩绕组电流、开通角和关断角;具体步骤如下:步骤A-1,采集转子实时转速,得到转子角速度ω;步骤A-2,将转子角速度ω与设定的参考角速度ω*相减,得到转速差Δω;步骤A-3,当ω≤ω0时,ω0为临界速度设定值,其由电机实际工况确定;所述转速差Δω,通过比例积分控制器,获得转矩绕组电流参考值im*;开通角θon和关断角θoff固定不变,θon和θoff取值由电机结构形式决定;步骤A-4,当ω>ω0时,所述转速差Δω,通过比例积分控制器,获得开通角θon和关断角θoff,转矩绕组电流不控制;步骤B,获取锥形磁轴承Ⅰ的x轴和y轴方向给定悬浮力;其具体步骤如下:步骤B-1,获取锥形转子Ⅰ的x轴和y轴方向的实时位移信号α1和β1,其中,x轴为水平方向,y轴为竖直方向;步骤B-2,将实时位移信号α1和β1分别与给定的参考位移信号α1*和β1*相减,分别得到x轴方向和y轴方向的实时位移信号差Δα1和Δβ1,将所述实时位移信号差Δα1和Δβ1经过比例积分微分控制器,得到锥形磁轴承Ⅰ的x轴方向悬浮力和y轴方向悬浮力步骤C,获取锥形磁轴承Ⅱ的x轴和y轴方向给定悬浮力;其具体步骤如下:步骤C-1,获取锥形转子Ⅱ的x轴和y轴方向的实时位移信号α2和β2;步骤C-2,将实时位移信号α2和β2分别与给定的参考位移信号α2*和β2*相减,分别得到x轴方向和y轴方向的实时位移信号差Δα2和Δβ2,将所述实时位移信号差Δα2和Δβ2经过比例积分微分控制器,得到锥形磁轴承Ⅱ的x轴方向悬浮力和y轴方向悬浮力步骤D,获取z轴方向给定悬浮力;其具体步骤如下:步骤D-1,获取转子z轴方向的实时位移信号z,其中z轴与x轴和y轴方向垂直;步骤D-2,将实时位移信号z与给定的参考位移信号z*相减,得到z轴方向的实时位移信号差Δz,将所述实时位移信号差Δz经过比例积分微分控制器,得到的z轴方向悬浮力步骤E,调节悬浮力,具体步骤如下:步骤E-1,采集m相实时的转矩绕组电流,根据所述悬浮力和以及电流计算公式和解算得到锥形磁轴承Ⅰ的x方向悬浮绕组电流参考值和y轴方向悬浮绕组电流参考值其中,kf1为悬浮力系数,μ0为真空磁导率,l为磁轴承部分的轴向长度,r为磁轴承转子的平均半径,αs为磁轴承定子的平均极弧角,δ为磁轴承部分的单边气隙长度,Nb、Ns分别偏置绕组和径向悬浮绕组的匝数,ik为第k相转矩绕组电流;步骤E-2,根据所述悬浮力和以及电流计算公式和解算得到锥形磁轴承Ⅱ的x方向悬浮绕组电流参考值和y轴方向悬浮绕组电流参考值步骤E-3,采集m相实时的转矩绕组电流和四个径向悬浮绕组电流,根据所述悬浮力以及电流计算公式解算得到z轴方向悬浮绕组电流参考值其中,kf2为悬浮力系数,γ3为轴向力定子磁极夹角,ε为锥形角,Nz为轴向悬浮绕组的匝数;步骤E-4,利用电流斩波控制方法,用锥形磁轴承Ⅰ的x轴方向悬浮绕组实际电流is1跟踪该方向悬绕组电流参考值用y轴方向悬浮绕组的实际电流is2跟踪该方向悬浮绕组电流参考值用锥形磁轴承Ⅱ的x轴方向悬浮绕组实际电流is3跟踪该方向悬绕组电流参考值用y轴方向悬浮绕组的实际电流is4跟踪该方向悬浮绕组电流参考值用z轴方向悬浮绕组实际电流iz跟踪该方向悬绕组电流参考值从而实时调节悬浮力;步骤F,调节转矩;具体步骤如下:步骤F-1,当ω≤ω0时,利用电流斩波控制方法,以转矩绕组的实际电流im跟踪转矩绕组电流参考值im*,进而实时调节转矩绕组电流im,进而达到调节转矩的目的;步骤F-2,当ω>ω0时,利用角度位置控制方法,调节开通角θon和关断角θoff的取值,从而实时调节转矩。本发明的有益效果:本发明提出了一种锥形磁轴承开关磁阻电机及其控制方法,采用本发明的技术方案,能够达到如下技术效果:(1)可实现五自由度悬浮运行,悬浮力和转矩解耦,高速悬浮性能好;(2)采用转矩绕组与偏置绕组串联共同励磁的方式,电流利用率高;(3)m相转矩绕组之和产生的磁通作为偏置磁通,只需控制五个悬浮绕组电流,不需要为悬浮运行而控制转矩绕组电流,便可产生五个方向所需悬浮力,四个径向悬浮力间相互解耦,控制变量少,悬浮控制简单,悬浮系统功率变换器成本小;(4)削除了运动电动势的对绕组电流斩波控制的影响,电流实时控制效果好;(5)转矩控制与开关磁阻电机完全相同,控制简单,可充分励磁,转矩输出特性好,且高速适应性强;(6)各相悬浮磁路分离,轴向和径向悬浮的偏置磁路隔离,且转矩磁路与悬浮磁路也隔离,磁路耦合性弱;(7)电机拓展性好,对开关磁阻电机结构无限制,只要两相工作制以上的开关磁阻电机均适用。附图说明图1是本发明锥形磁轴承开关磁阻电机实施例1的三维结构示意图。图2是本发明实施例1中A相转矩绕组在磁阻电机部分产生的磁通分布示意图。图3是本发明实施例1中锥形磁轴承Ⅰ的磁通分布图。图4是本发明实施例1中锥形磁轴承Ⅱ的磁通分布图。图5是本发明锥形磁轴承开关磁阻电机实施例2的三维结构示意图。图6是本发明锥形磁轴承开关磁阻电机实施例3的三维结构示意图。图7是本发明锥形磁轴承开关磁阻电机实施例1的控制方法的系统框图。图8是本发明锥形磁轴承开关磁阻电机实施例1的控制方法中悬浮绕组电流计算方法框图。附图标记说明:图1至图7中,1是磁阻电机定子,2是磁阻电机转子,3是磁阻电机绕组,4是锥形定子,5是轴向力定子,6是径向力定子,7是C型结构,8是锥形转子,9是偏置绕组,10是径向悬浮绕组,11是轴向悬浮绕组,12是非导磁构件,13是转轴,14是开关磁阻电机,15是锥形磁轴承Ⅰ,16是锥形磁轴承Ⅱ,17、18、19分别为x、y、z轴方向坐标轴的正方向,20是开关磁阻电机绕组产生的磁通,21为三相转矩绕组在锥形磁轴承Ⅰ内产生的偏置磁通,22是锥形磁轴承Ⅰ径向绕组产生的磁通,23是轴向绕组在锥形磁轴承Ⅰ内产生的磁通,24是气隙1,25是气隙2,26是气隙3,27是气隙4,28为三相转矩绕组在锥形磁轴承Ⅱ内产生的偏置磁通,29是锥形磁轴承Ⅱ径向绕组产生的磁通,30是轴向绕组在锥形磁轴承Ⅱ内产生的磁通。具体实施方式下面结合附图,对本发明一种锥形磁轴承开关磁阻电机及控制方法的技术方案进行详细说明:如图1所示,是本发明锥形磁轴承开关磁阻电机实施例1的三维结构示意图,其中,1是磁阻电机定子,2是磁阻电机转子,3是磁阻电机绕组,4是锥形定子,5是轴向力定子,6是径向力定子,7是C型结构,8是锥形转子,9是偏置绕组,10是径向悬浮绕组,11是轴向悬浮绕组,12是非导磁构件,13是转轴,14是12/8极开关磁阻电机,15是锥形磁轴承Ⅰ,16是锥形磁轴承Ⅱ。所述锥形磁轴承开关磁阻电机,包括锥形磁轴承Ⅰ、开关磁阻电机和锥形磁轴承Ⅱ;所述开关磁阻电机布置在锥形磁轴承Ⅰ和锥形磁轴承Ⅱ之间;锥形磁轴承Ⅰ由锥形定子Ⅰ、锥形转子Ⅰ、偏置绕组Ⅰ、径向悬浮绕组Ⅰ和轴向悬浮绕组Ⅰ构成,其中锥形定子Ⅰ由轴向力定子Ⅰ、径向力定子Ⅰ和非导磁构件Ⅰ组成;锥形磁轴承Ⅱ由锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅱ、偏置绕组Ⅱ、径向悬浮绕组Ⅱ和轴向悬浮绕组Ⅱ构成,其中锥形定子Ⅱ由轴向力定子Ⅱ、径向力定子Ⅱ和非导磁构件Ⅱ组成;所述开关磁阻电机由磁阻电机定子、磁阻电机转子和磁阻电机绕组构成;所述锥形转子Ⅰ布置在锥形定子Ⅰ内,锥形转子Ⅱ布置在锥形定子Ⅱ内,磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内;所述锥形转子Ⅰ、磁阻电机转子和锥形转子Ⅱ套在转轴上;所述锥形定子Ⅰ和锥形定子Ⅱ均为锥形凸极结构,所述锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ均为锥形圆柱结构;锥形定子Ⅰ、锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ的锥形角相等;锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ的锥形角开口方向相同,锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ的锥形角开口方向相同;锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ的锥形角开口方向与锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ的锥形角开口方向相反;所述磁阻电机定子和磁阻电机转子均为凸极结构,所述磁阻电机定子齿数为12、磁阻电机转子齿数为8、电机相数为3;所述径向力定子Ⅰ、非导磁构件Ⅰ均布置在轴向力定子Ⅰ内,其中非导磁构件Ⅰ布置在轴向力定子Ⅰ与径向力定子Ⅰ之间;轴向力定子Ⅰ和非导磁构件Ⅰ紧密布置,非导磁构件Ⅰ和径向力定子Ⅰ紧密布置;所述轴向力定子Ⅰ为锥形凸极结构,齿数为8;所述径向力定子Ⅰ由8个C型结构构成,所述C型结构的齿为锥形结构,齿数为16;所述轴向力定子Ⅰ的齿宽与径向力定子Ⅰ的齿宽相等;所述非导磁构件Ⅰ由8个L型结构构成,所述L型结构的齿为锥形结构,齿数为8;所述轴向力定子Ⅰ的8个齿圆周上均匀分布,相邻齿与齿间的夹角为45°,且其中与水平方向重合的两个齿分别称为水平正方向齿Ⅰ和水平负方向齿Ⅰ,与竖直方向重合的两个齿称为竖直正方向齿Ⅰ和竖直负方向齿Ⅰ;轴向力定子Ⅰ的相邻齿与齿之间存在空气隙,进而形成8个定子槽;所述每个定子槽中均放置1个径向力定子Ⅰ的C型结构和1个非导磁构件Ⅰ的L型结构,且每个L型结构布置在每个C型结构和轴向力定子Ⅰ之间;其中,2个L型结构分别和与之相邻的水平正方向齿Ⅰ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的水平负方向齿Ⅰ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直正方向齿Ⅰ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直负方向齿Ⅰ紧密布置;每个C型结构中的1个齿和与之处于同一定子槽中的L型结构紧密布置,该C型结构的另一个齿和与之相邻的轴向力定子Ⅰ的齿之间存在空气隙;在水平正方向齿Ⅰ位置处,形成1个由水平正方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;在水平负方向齿Ⅰ位置处,形成1个由水平负方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;在竖直正方向齿Ⅰ位置处,形成1个由竖直正方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;在竖直负方向齿Ⅰ位置处,形成1个由竖直负方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;从而,共形成4个宽齿Ⅰ;所述4个宽齿Ⅰ、轴向力定子Ⅰ的剩余4个齿、径向力定子Ⅰ中未与非导磁构件Ⅰ的L型结构紧密贴合的剩余8个齿,一起构成所述锥形定子Ⅰ的16个齿;所述4个宽齿Ⅰ上均绕组m个宽齿绕组Ⅰ,其中m为开关磁阻电机的相数;在每个宽齿Ⅰ上选取1个宽齿绕组Ⅰ,串联成1个偏置绕组Ⅰ,从而形成m个偏置绕组Ⅰ;所述锥形定子Ⅰ的剩余12个齿上均绕有1个绕组,即轴向力定子Ⅰ的剩余4个齿均绕有1个绕组,串联构成1个轴向悬浮绕组Ⅰ;径向力定子Ⅰ中未与非导磁构件Ⅰ的L型结构紧密配合的剩余8个齿上也均绕有1个绕组,具体连接方式为:在水平正方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平正方向绕组串Ⅰ;在水平负方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平负方向绕组串Ⅰ;所述1个水平正方向绕组串Ⅰ和1个水平负方向绕组串Ⅰ串联,构成1个水平径向悬浮绕组Ⅰ;在竖直正方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直正方向绕组串Ⅰ;在竖直负方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直负方向绕组串Ⅰ;所述1个竖直正方向绕组串Ⅰ和1个竖直负方向绕组串Ⅰ串联,构成1个竖直径向悬浮绕组Ⅰ;所述径向力定子Ⅱ、非导磁构件Ⅱ均布置在轴向力定子Ⅱ内,其中非导磁构件Ⅱ布置在轴向力定子Ⅱ与径向力定子Ⅱ之间;轴向力定子Ⅱ和非导磁构件Ⅱ紧密布置,非导磁构件Ⅱ和径向力定子Ⅱ紧密布置;所述轴向力定子Ⅱ为锥形凸极结构,齿数为8;所述径向力定子Ⅱ由8个C型结构构成,所述C型结构的齿为锥形结构,齿数为16;所述轴向力定子Ⅱ的齿宽与径向力定子Ⅱ的齿宽相等;所述非导磁构件Ⅱ由8个L型结构构成,所述L型结构的齿为锥形结构,齿数为8;所述轴向力定子Ⅱ的8个齿圆周上均匀分布,齿与齿间的夹角为45°,且其中与水平方向重合的两个齿分别称为水平正方向齿Ⅱ和水平负反方向齿Ⅱ,与竖直方向重合的两个齿称为竖直正方向齿Ⅱ和竖直负方向齿Ⅱ;轴向力定子Ⅱ的8个齿与齿之间存在空气隙,进而形成8个定子槽;所述每个定子槽中均放置1个径向力定子Ⅱ的C型结构和1个非导磁构件Ⅱ的L型结构,且每个L型结构布置在每个C型结构和轴向力定子Ⅱ之间;其中,2个L型结构分别和与之相邻的水平正方向齿Ⅱ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的水平负方向齿Ⅱ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直正方向齿Ⅱ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直负方向齿Ⅱ紧密布置;8个C型结构中的1个齿分别和与之处于同一定子槽中的每个L型结构紧密布置,且8个C型结构中剩余8个齿,分别与轴向力定子Ⅱ中剩余4个齿之间存在空气隙;在水平正方向齿Ⅱ位置处,形成1个由水平正方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;在水平负方向齿Ⅱ位置处,形成1个由水平负方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;在竖直正方向齿Ⅱ位置处,形成1个由竖直正方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;在竖直负方向齿Ⅱ位置处,形成1个由竖直负方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;从而,共形成4个宽齿Ⅱ;所述4个宽齿Ⅱ、轴向力定子Ⅱ的剩余4个齿、径向力定子Ⅱ中未与非导磁构件Ⅱ的L型结构紧密配合的剩余8个齿,一起构成所述锥形定子Ⅱ的16个齿;所述4个宽齿Ⅱ上均绕组3个宽齿绕组Ⅱ;在每个宽齿Ⅱ上选取1个宽齿绕组Ⅱ,串联成1个偏置绕组Ⅱ,从而形成3个偏置绕组Ⅱ;所述锥形定子Ⅱ的剩余12个齿上均绕有1个绕组,即轴向力定子Ⅱ的剩余4个齿均绕有1个绕组,串联构成1个轴向悬浮绕组Ⅱ;径向力定子Ⅱ中未与非导磁构件Ⅱ的L型结构紧密配合的剩余8个齿上也均绕有1个绕组,具体连接方式为:在水平正方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平正方向绕组串Ⅱ;在水平负方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平负方向绕组串Ⅱ;所述1个水平正方向绕组串Ⅱ和1个水平负方向绕组串Ⅱ串联,构成1个水平径向悬浮绕组Ⅱ;在竖直正方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直正方向绕组串Ⅱ;在竖直负方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直负方向绕组串Ⅱ;所述1个竖直正方向绕组串Ⅱ和1个竖直负方向绕组串Ⅱ串联,构成1个竖直径向悬浮绕组Ⅱ;所述1个轴向悬浮绕组Ⅰ和1个轴向悬浮绕组Ⅱ串联,构成一个轴向悬浮绕组;每4个相隔90°的磁阻电机定子齿上的绕组,采用串联、或并列、或串并结合的连接方式,连接在一起,构成1个磁阻电机绕组,共形成3个磁阻电机绕组;所述3个磁阻电机绕组再分别与所述3个偏置绕组Ⅰ和3个偏置绕组Ⅱ进行串联,进而构成3个转矩绕组,即为三相转矩绕组。所述三相转矩绕组电流之和产生的合成磁通,作为两锥形转子悬浮的偏置磁通;3相转矩绕组电流的控制方法与传统开关磁阻电机相同;控制x和y方向的四个悬浮绕组电流的大小和方向,进而可产生径向悬浮所需的大小和方向均可控的四个径向磁拉力,进而实现转子的径向四自由度悬浮运行;控制z方向悬浮绕组电流的大小和方向,以及结合四个径向悬浮绕组电流和3相转矩绕组电流,进而产生轴向悬浮所需的轴向磁拉力,从而实现转子的轴向悬浮,最终实现转子的五自由度悬浮。图2为本发明实施例1中A相转矩绕组在12/8极开关磁阻电机部分产生的磁通分布示意图。A相转矩绕组由4个彼此在空间上相隔90°的线圈,采用串联、或并联、或两并两串的方式连接而成;A相转矩绕组电流产生的四极对称磁通(线标号为20),呈NSNS分布。当A相转矩绕组导通时,在磁阻电机内产生的磁场,用于产生转矩;A、B、C三相转矩绕组在磁轴承内产生的合成磁场用于悬浮控制的偏置磁场。B、C相的转矩绕组与A相转矩绕组结构相同,仅在位置上与A相相差30°和-30°。图3是本发明实施例1中锥形磁轴承Ⅰ的磁通分布图。A、B、C三相转矩绕组产生的磁通如图3中实线所示(线标号为21),径向悬浮绕组产生的磁通如图中点虚线所示(线标号为22),轴向悬浮绕组产生的磁通如图中长虚线所示(线标号为23)。偏置绕组产生的磁通在8个轴向力定子齿上呈NSNS分布,此时轴向悬浮绕组产生的磁通与偏置绕组磁通方向相同。在气隙1处悬浮绕组和转矩绕组产生磁通方向一样,磁通增加;而在气隙3处,方向相反,磁通减弱,进而产生一个x正方向的悬浮力。在气隙2处悬浮绕组和转矩绕组产生磁通方向一样,磁通增加,而在气隙4处,磁通减弱,进而产生一个y正方向的悬浮力。同理,当悬浮绕组电流反向时,将产生反方向的悬浮力。因此,在给定A、B、C三相转矩绕组电流时,合理控制x、y轴悬浮绕组电流的大小和方向,即可产生大小和方向均可控的悬浮力。转矩绕组电流可采用PWM控制、脉冲控制和角位置控制等,与传统开关磁阻电机的控制方法相同,而悬浮电流采用斩波控制。A、B、C三相转矩绕组电流可由电流传感器实时检测得到,转子径向位移由电涡流传感器实时检测获得,经PI调节得到两个方向悬浮力的给定值。由于悬浮力与A、B、C三相转矩绕组电流和两个方向悬浮绕组电流有关,进而可解算得到两个方向的悬浮电流,作为功率变换器中电流控制的给定值,最终实现电机的两自由度悬浮运行。图4是本发明实施例1中锥形磁轴承Ⅱ的磁通分布图。此时轴向悬浮绕组产生的磁通与偏置绕组磁通方向相反。由于轴向悬浮绕组在两个锥形磁轴承中的磁通方向相反,因此将产生一个大小和方向均可控制的轴向悬浮力,从而实现转子的轴向悬浮。图5是本发明锥形磁轴承开关磁阻电机实施例2的三维结构示意图,其中,如图1所示,是本发明锥形磁轴承开关磁阻电机实施例1的三维结构示意图,其中,1是磁阻电机定子,2是磁阻电机转子,3是磁阻电机绕组,4是锥形定子,5是轴向力定子,6是径向力定子,7是C型结构,8是锥形转子,9是偏置绕组,10是径向悬浮绕组,11是轴向悬浮绕组,12是非导磁构件,13是转轴,14是6/4极开关磁阻电机,15是锥形磁轴承Ⅰ,16是锥形磁轴承Ⅱ。所述锥形磁轴承开关磁阻电机,包括锥形磁轴承Ⅰ、开关磁阻电机和锥形磁轴承Ⅱ;所述开关磁阻电机布置在锥形磁轴承Ⅰ和锥形磁轴承Ⅱ之间;锥形磁轴承Ⅰ由锥形定子Ⅰ、锥形转子Ⅰ、偏置绕组Ⅰ、径向悬浮绕组Ⅰ和轴向悬浮绕组Ⅰ构成,其中锥形定子Ⅰ由轴向力定子Ⅰ、径向力定子Ⅰ和非导磁构件Ⅰ组成;锥形磁轴承Ⅱ由锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅱ、偏置绕组Ⅱ、径向悬浮绕组Ⅱ和轴向悬浮绕组Ⅱ构成,其中锥形定子Ⅱ由轴向力定子Ⅱ、径向力定子Ⅱ和非导磁构件Ⅱ组成;所述开关磁阻电机由磁阻电机定子、磁阻电机转子和磁阻电机绕组构成;所述锥形转子Ⅰ布置在锥形定子Ⅰ内,锥形转子Ⅱ布置在锥形定子Ⅱ内,磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内;所述锥形转子Ⅰ、磁阻电机转子和锥形转子Ⅱ套在转轴上;所述锥形定子Ⅰ和锥形定子Ⅱ均为锥形凸极结构,所述锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ均为锥形圆柱结构;锥形定子Ⅰ、锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ的锥形角相等;锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ的锥形角开口方向相同,锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ的锥形角开口方向相同;锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ的锥形角开口方向与锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ的锥形角开口方向相反;所述磁阻电机定子和磁阻电机转子均为凸极结构,所述磁阻电机定子齿数为6、磁阻电机转子齿数为4、电机相数为3;所述径向力定子Ⅰ、非导磁构件Ⅰ均布置在轴向力定子Ⅰ内,其中非导磁构件Ⅰ布置在轴向力定子Ⅰ与径向力定子Ⅰ之间;轴向力定子Ⅰ和非导磁构件Ⅰ紧密布置,非导磁构件Ⅰ和径向力定子Ⅰ紧密布置;所述轴向力定子Ⅰ为锥形凸极结构,齿数为8;所述径向力定子Ⅰ由8个C型结构构成,所述C型结构的齿为锥形结构,齿数为16;所述轴向力定子Ⅰ的齿宽与径向力定子Ⅰ的齿宽相等;所述非导磁构件Ⅰ由8个L型结构构成,所述L型结构的齿为锥形结构,齿数为8;所述轴向力定子Ⅰ的8个齿圆周上均匀分布,相邻齿与齿间的夹角为45°,且其中与水平方向重合的两个齿分别称为水平正方向齿Ⅰ和水平负方向齿Ⅰ,与竖直方向重合的两个齿称为竖直正方向齿Ⅰ和竖直负方向齿Ⅰ;轴向力定子Ⅰ的相邻齿与齿之间存在空气隙,进而形成8个定子槽;所述每个定子槽中均放置1个径向力定子Ⅰ的C型结构和1个非导磁构件Ⅰ的L型结构,且每个L型结构布置在每个C型结构和轴向力定子Ⅰ之间;其中,2个L型结构分别和与之相邻的水平正方向齿Ⅰ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的水平负方向齿Ⅰ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直正方向齿Ⅰ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直负方向齿Ⅰ紧密布置;每个C型结构中的1个齿和与之处于同一定子槽中的L型结构紧密布置,该C型结构的另一个齿和与之相邻的轴向力定子Ⅰ的齿之间存在空气隙;在水平正方向齿Ⅰ位置处,形成1个由水平正方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;在水平负方向齿Ⅰ位置处,形成1个由水平负方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;在竖直正方向齿Ⅰ位置处,形成1个由竖直正方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;在竖直负方向齿Ⅰ位置处,形成1个由竖直负方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;从而,共形成4个宽齿Ⅰ;所述4个宽齿Ⅰ、轴向力定子Ⅰ的剩余4个齿、径向力定子Ⅰ中未与非导磁构件Ⅰ的L型结构紧密贴合的剩余8个齿,一起构成所述锥形定子Ⅰ的16个齿;所述4个宽齿Ⅰ上均绕组m个宽齿绕组Ⅰ,其中m为开关磁阻电机的相数;在每个宽齿Ⅰ上选取1个宽齿绕组Ⅰ,串联成1个偏置绕组Ⅰ,从而形成m个偏置绕组Ⅰ;所述锥形定子Ⅰ的剩余12个齿上均绕有1个绕组,即轴向力定子Ⅰ的剩余4个齿均绕有1个绕组,串联构成1个轴向悬浮绕组Ⅰ;径向力定子Ⅰ中未与非导磁构件Ⅰ的L型结构紧密配合的剩余8个齿上也均绕有1个绕组,具体连接方式为:在水平正方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平正方向绕组串Ⅰ;在水平负方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平负方向绕组串Ⅰ;所述1个水平正方向绕组串Ⅰ和1个水平负方向绕组串Ⅰ串联,构成1个水平径向悬浮绕组Ⅰ;在竖直正方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直正方向绕组串Ⅰ;在竖直负方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直负方向绕组串Ⅰ;所述1个竖直正方向绕组串Ⅰ和1个竖直负方向绕组串Ⅰ串联,构成1个竖直径向悬浮绕组Ⅰ;所述径向力定子Ⅱ、非导磁构件Ⅱ均布置在轴向力定子Ⅱ内,其中非导磁构件Ⅱ布置在轴向力定子Ⅱ与径向力定子Ⅱ之间;轴向力定子Ⅱ和非导磁构件Ⅱ紧密布置,非导磁构件Ⅱ和径向力定子Ⅱ紧密布置;所述轴向力定子Ⅱ为锥形凸极结构,齿数为8;所述径向力定子Ⅱ由8个C型结构构成,所述C型结构的齿为锥形结构,齿数为16;所述轴向力定子Ⅱ的齿宽与径向力定子Ⅱ的齿宽相等;所述非导磁构件Ⅱ由8个L型结构构成,所述L型结构的齿为锥形结构,齿数为8;所述轴向力定子Ⅱ的8个齿圆周上均匀分布,齿与齿间的夹角为45°,且其中与水平方向重合的两个齿分别称为水平正方向齿Ⅱ和水平负反方向齿Ⅱ,与竖直方向重合的两个齿称为竖直正方向齿Ⅱ和竖直负方向齿Ⅱ;轴向力定子Ⅱ的8个齿与齿之间存在空气隙,进而形成8个定子槽;所述每个定子槽中均放置1个径向力定子Ⅱ的C型结构和1个非导磁构件Ⅱ的L型结构,且每个L型结构布置在每个C型结构和轴向力定子Ⅱ之间;其中,2个L型结构分别和与之相邻的水平正方向齿Ⅱ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的水平负方向齿Ⅱ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直正方向齿Ⅱ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直负方向齿Ⅱ紧密布置;8个C型结构中的1个齿分别和与之处于同一定子槽中的每个L型结构紧密布置,且8个C型结构中剩余8个齿,分别与轴向力定子Ⅱ中剩余4个齿之间存在空气隙;在水平正方向齿Ⅱ位置处,形成1个由水平正方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;在水平负方向齿Ⅱ位置处,形成1个由水平负方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;在竖直正方向齿Ⅱ位置处,形成1个由竖直正方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;在竖直负方向齿Ⅱ位置处,形成1个由竖直负方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;从而,共形成4个宽齿Ⅱ;所述4个宽齿Ⅱ、轴向力定子Ⅱ的剩余4个齿、径向力定子Ⅱ中未与非导磁构件Ⅱ的L型结构紧密配合的剩余8个齿,一起构成所述锥形定子Ⅱ的16个齿;所述4个宽齿Ⅱ上均绕组3个宽齿绕组Ⅱ;在每个宽齿Ⅱ上选取1个宽齿绕组Ⅱ,串联成1个偏置绕组Ⅱ,从而形成3个偏置绕组Ⅱ;所述锥形定子Ⅱ的剩余12个齿上均绕有1个绕组,即轴向力定子Ⅱ的剩余4个齿均绕有1个绕组,串联构成1个轴向悬浮绕组Ⅱ;径向力定子Ⅱ中未与非导磁构件Ⅱ的L型结构紧密配合的剩余8个齿上也均绕有1个绕组,具体连接方式为:在水平正方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平正方向绕组串Ⅱ;在水平负方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平负方向绕组串Ⅱ;所述1个水平正方向绕组串Ⅱ和1个水平负方向绕组串Ⅱ串联,构成1个水平径向悬浮绕组Ⅱ;在竖直正方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直正方向绕组串Ⅱ;在竖直负方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直负方向绕组串Ⅱ;所述1个竖直正方向绕组串Ⅱ和1个竖直负方向绕组串Ⅱ串联,构成1个竖直径向悬浮绕组Ⅱ;所述1个轴向悬浮绕组Ⅰ和1个轴向悬浮绕组Ⅱ串联,构成一个轴向悬浮绕组;每2个相隔180°的磁阻电机定子齿上的绕组,采用串联、或并列的连接方式,连接在一起,构成1个磁阻电机绕组,共形成3个磁阻电机绕组;所述3个磁阻电机绕组再分别与所述3个偏置绕组Ⅰ和3个偏置绕组Ⅱ进行串联,进而构成3个转矩绕组,即为三相转矩绕组。所述三相转矩绕组电流之和产生的合成磁通,作为两锥形转子悬浮的偏置磁通;3相转矩绕组电流的控制方法与传统开关磁阻电机相同;控制x和y方向的四个悬浮绕组电流的大小和方向,进而可产生径向悬浮所需的大小和方向均可控的四个径向磁拉力,进而实现转子的径向四自由度悬浮运行;控制z方向悬浮绕组电流的大小和方向,以及结合四个径向悬浮绕组电流和3相转矩绕组电流,进而产生轴向悬浮所需的轴向磁拉力,从而实现转子的轴向悬浮,最终实现转子的五自由度悬浮。图6是本发明锥形磁轴承开关磁阻电机实施例3的三维结构示意图,其中,如图1所示,是本发明锥形磁轴承开关磁阻电机实施例1的三维结构示意图,其中,1是磁阻电机定子,2是磁阻电机转子,3是磁阻电机绕组,4是锥形定子,5是轴向力定子,6是径向力定子,7是C型结构,8是锥形转子,9是偏置绕组,10是径向悬浮绕组,11是轴向悬浮绕组,12是非导磁构件,13是转轴,14是8/6极开关磁阻电机,15是锥形磁轴承Ⅰ,16是锥形磁轴承Ⅱ。所述锥形磁轴承开关磁阻电机,包括锥形磁轴承Ⅰ、开关磁阻电机和锥形磁轴承Ⅱ;所述开关磁阻电机布置在锥形磁轴承Ⅰ和锥形磁轴承Ⅱ之间;锥形磁轴承Ⅰ由锥形定子Ⅰ、锥形转子Ⅰ、偏置绕组Ⅰ、径向悬浮绕组Ⅰ和轴向悬浮绕组Ⅰ构成,其中锥形定子Ⅰ由轴向力定子Ⅰ、径向力定子Ⅰ和非导磁构件Ⅰ组成;锥形磁轴承Ⅱ由锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅱ、偏置绕组Ⅱ、径向悬浮绕组Ⅱ和轴向悬浮绕组Ⅱ构成,其中锥形定子Ⅱ由轴向力定子Ⅱ、径向力定子Ⅱ和非导磁构件Ⅱ组成;所述开关磁阻电机由磁阻电机定子、磁阻电机转子和磁阻电机绕组构成;所述锥形转子Ⅰ布置在锥形定子Ⅰ内,锥形转子Ⅱ布置在锥形定子Ⅱ内,磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内;所述锥形转子Ⅰ、磁阻电机转子和锥形转子Ⅱ套在转轴上;所述锥形定子Ⅰ和锥形定子Ⅱ均为锥形凸极结构,所述锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ均为锥形圆柱结构;锥形定子Ⅰ、锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ的锥形角相等;锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ的锥形角开口方向相同,锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ的锥形角开口方向相同;锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ的锥形角开口方向与锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ的锥形角开口方向相反;所述磁阻电机定子和磁阻电机转子均为凸极结构,所述磁阻电机定子齿数为8、磁阻电机转子齿数为6、电机相数为4;所述径向力定子Ⅰ、非导磁构件Ⅰ均布置在轴向力定子Ⅰ内,其中非导磁构件Ⅰ布置在轴向力定子Ⅰ与径向力定子Ⅰ之间;轴向力定子Ⅰ和非导磁构件Ⅰ紧密布置,非导磁构件Ⅰ和径向力定子Ⅰ紧密布置;所述轴向力定子Ⅰ为锥形凸极结构,齿数为8;所述径向力定子Ⅰ由8个C型结构构成,所述C型结构的齿为锥形结构,齿数为16;所述轴向力定子Ⅰ的齿宽与径向力定子Ⅰ的齿宽相等;所述非导磁构件Ⅰ由8个L型结构构成,所述L型结构的齿为锥形结构,齿数为8;所述轴向力定子Ⅰ的8个齿圆周上均匀分布,相邻齿与齿间的夹角为45°,且其中与水平方向重合的两个齿分别称为水平正方向齿Ⅰ和水平负方向齿Ⅰ,与竖直方向重合的两个齿称为竖直正方向齿Ⅰ和竖直负方向齿Ⅰ;轴向力定子Ⅰ的相邻齿与齿之间存在空气隙,进而形成8个定子槽;所述每个定子槽中均放置1个径向力定子Ⅰ的C型结构和1个非导磁构件Ⅰ的L型结构,且每个L型结构布置在每个C型结构和轴向力定子Ⅰ之间;其中,2个L型结构分别和与之相邻的水平正方向齿Ⅰ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的水平负方向齿Ⅰ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直正方向齿Ⅰ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直负方向齿Ⅰ紧密布置;每个C型结构中的1个齿和与之处于同一定子槽中的L型结构紧密布置,该C型结构的另一个齿和与之相邻的轴向力定子Ⅰ的齿之间存在空气隙;在水平正方向齿Ⅰ位置处,形成1个由水平正方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;在水平负方向齿Ⅰ位置处,形成1个由水平负方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;在竖直正方向齿Ⅰ位置处,形成1个由竖直正方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;在竖直负方向齿Ⅰ位置处,形成1个由竖直负方向齿Ⅰ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅰ;从而,共形成4个宽齿Ⅰ;所述4个宽齿Ⅰ、轴向力定子Ⅰ的剩余4个齿、径向力定子Ⅰ中未与非导磁构件Ⅰ的L型结构紧密贴合的剩余8个齿,一起构成所述锥形定子Ⅰ的16个齿;所述4个宽齿Ⅰ上均绕组m个宽齿绕组Ⅰ,其中m为开关磁阻电机的相数;在每个宽齿Ⅰ上选取1个宽齿绕组Ⅰ,串联成1个偏置绕组Ⅰ,从而形成m个偏置绕组Ⅰ;所述锥形定子Ⅰ的剩余12个齿上均绕有1个绕组,即轴向力定子Ⅰ的剩余4个齿均绕有1个绕组,串联构成1个轴向悬浮绕组Ⅰ;径向力定子Ⅰ中未与非导磁构件Ⅰ的L型结构紧密配合的剩余8个齿上也均绕有1个绕组,具体连接方式为:在水平正方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平正方向绕组串Ⅰ;在水平负方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平负方向绕组串Ⅰ;所述1个水平正方向绕组串Ⅰ和1个水平负方向绕组串Ⅰ串联,构成1个水平径向悬浮绕组Ⅰ;在竖直正方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直正方向绕组串Ⅰ;在竖直负方向齿Ⅰ位置处,构成同一宽齿Ⅰ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直负方向绕组串Ⅰ;所述1个竖直正方向绕组串Ⅰ和1个竖直负方向绕组串Ⅰ串联,构成1个竖直径向悬浮绕组Ⅰ;所述径向力定子Ⅱ、非导磁构件Ⅱ均布置在轴向力定子Ⅱ内,其中非导磁构件Ⅱ布置在轴向力定子Ⅱ与径向力定子Ⅱ之间;轴向力定子Ⅱ和非导磁构件Ⅱ紧密布置,非导磁构件Ⅱ和径向力定子Ⅱ紧密布置;所述轴向力定子Ⅱ为锥形凸极结构,齿数为8;所述径向力定子Ⅱ由8个C型结构构成,所述C型结构的齿为锥形结构,齿数为16;所述轴向力定子Ⅱ的齿宽与径向力定子Ⅱ的齿宽相等;所述非导磁构件Ⅱ由8个L型结构构成,所述L型结构的齿为锥形结构,齿数为8;所述轴向力定子Ⅱ的8个齿圆周上均匀分布,齿与齿间的夹角为45°,且其中与水平方向重合的两个齿分别称为水平正方向齿Ⅱ和水平负反方向齿Ⅱ,与竖直方向重合的两个齿称为竖直正方向齿Ⅱ和竖直负方向齿Ⅱ;轴向力定子Ⅱ的8个齿与齿之间存在空气隙,进而形成8个定子槽;所述每个定子槽中均放置1个径向力定子Ⅱ的C型结构和1个非导磁构件Ⅱ的L型结构,且每个L型结构布置在每个C型结构和轴向力定子Ⅱ之间;其中,2个L型结构分别和与之相邻的水平正方向齿Ⅱ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的水平负方向齿Ⅱ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直正方向齿Ⅱ紧密布置,2个L型结构分别和与之相邻的竖直负方向齿Ⅱ紧密布置;8个C型结构中的1个齿分别和与之处于同一定子槽中的每个L型结构紧密布置,且8个C型结构中剩余8个齿,分别与轴向力定子Ⅱ中剩余4个齿之间存在空气隙;在水平正方向齿Ⅱ位置处,形成1个由水平正方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;在水平负方向齿Ⅱ位置处,形成1个由水平负方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;在竖直正方向齿Ⅱ位置处,形成1个由竖直正方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;在竖直负方向齿Ⅱ位置处,形成1个由竖直负方向齿Ⅱ、2个L型结构的齿和2个C型结构中的2个齿组合而成的1个宽齿Ⅱ;从而,共形成4个宽齿Ⅱ;所述4个宽齿Ⅱ、轴向力定子Ⅱ的剩余4个齿、径向力定子Ⅱ中未与非导磁构件Ⅱ的L型结构紧密配合的剩余8个齿,一起构成所述锥形定子Ⅱ的16个齿;所述4个宽齿Ⅱ上均绕组4个宽齿绕组Ⅱ;在每个宽齿Ⅱ上选取1个宽齿绕组Ⅱ,串联成1个偏置绕组Ⅱ,从而形成4个偏置绕组Ⅱ;所述锥形定子Ⅱ的剩余12个齿上均绕有1个绕组,即轴向力定子Ⅱ的剩余4个齿均绕有1个绕组,串联构成1个轴向悬浮绕组Ⅱ;径向力定子Ⅱ中未与非导磁构件Ⅱ的L型结构紧密配合的剩余8个齿上也均绕有1个绕组,具体连接方式为:在水平正方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平正方向绕组串Ⅱ;在水平负方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个水平负方向绕组串Ⅱ;所述1个水平正方向绕组串Ⅱ和1个水平负方向绕组串Ⅱ串联,构成1个水平径向悬浮绕组Ⅱ;在竖直正方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直正方向绕组串Ⅱ;在竖直负方向齿Ⅱ位置处,构成同一宽齿Ⅱ的2个C型结构中的剩余两个齿上的绕组串联在一起,构成1个竖直负方向绕组串Ⅱ;所述1个竖直正方向绕组串Ⅱ和1个竖直负方向绕组串Ⅱ串联,构成1个竖直径向悬浮绕组Ⅱ;所述1个轴向悬浮绕组Ⅰ和1个轴向悬浮绕组Ⅱ串联,构成一个轴向悬浮绕组;每2个相隔180°的磁阻电机定子齿上的绕组,采用串联、或并列的连接方式,连接在一起,构成1个磁阻电机绕组,共形成4个磁阻电机绕组;所述4个磁阻电机绕组再分别与所述4个偏置绕组Ⅰ和4个偏置绕组Ⅱ进行串联,进而构成4个转矩绕组,即为四相转矩绕组。所述四相转矩绕组电流之和产生的合成磁通,作为两锥形转子悬浮的偏置磁通;3相转矩绕组电流的控制方法与传统开关磁阻电机相同;控制x和y方向的四个悬浮绕组电流的大小和方向,进而可产生径向悬浮所需的大小和方向均可控的四个径向磁拉力,进而实现转子的径向四自由度悬浮运行;控制z方向悬浮绕组电流的大小和方向,以及结合四个径向悬浮绕组电流和3相转矩绕组电流,进而产生轴向悬浮所需的轴向磁拉力,从而实现转子的轴向悬浮,最终实现转子的五自由度悬浮。如图7所示,为本发明实施例1的系统框图。转矩控制可采用PWM控制、脉冲控制和角位置控制等传统开关磁阻电机的控制方法,而悬浮控制则采用电流斩波控制的方式。转矩控制为:检测电机转子位置信息,经计算分别得到实际转速ω和每相的开通角θon和关断角θoff,将转速误差信号进行PI调节,获得转矩绕组电流参考值再利用电流斩波控制让实际转矩绕组电流跟踪并利用开通角θon和关断角θoff控制转矩绕组功率电路的导通状态,从而实现电机旋转。悬浮控制为:将位移误差信号进行PID调节获得给定悬浮力再结合实测三相转矩绕组电流之和(i1+i2+i3),即可通过悬浮绕组电流控制器计算出:锥形磁轴承Ⅰ的x方向悬浮绕组电流参考值和y轴方向悬浮绕组电流参考值锥形磁轴承Ⅱ的x方向悬浮绕组电流参考值和y轴方向悬浮绕组电流参考值z轴方向悬浮绕组电流参考值利用电流斩波控制方法,让锥形磁轴承Ⅰ的x轴方向悬浮绕组实际电流is1跟踪该方向悬绕组电流参考值让y轴方向悬浮绕组的实际电流is2跟踪该方向悬浮绕组电流参考值让锥形磁轴承Ⅱ的x轴方向悬浮绕组实际电流is3跟踪该方向悬绕组电流参考值让y轴方向悬浮绕组的实际电流is4跟踪该方向悬浮绕组电流参考值让z轴方向悬浮绕组实际电流iz跟踪该方向悬绕组电流参考值从而实时调节悬浮力,实现电机的五自由度悬浮。如图8所示,为本发明实施例1的悬浮绕组电流计算方法框图。图中,kf1、kf2为悬浮力系数,其表达式为:式中,μ0为真空磁导率,l为磁轴承部分的轴向长度,r为磁轴承转子的平均半径,αs为定子的平均极弧角,δ为磁轴承部分的单边气隙长度,γ1、γ2分别为C型结构两定子与磁极中心线的夹角,γ3为轴向力定子磁极夹角,ε为锥形角。锥形磁轴承Ⅰ的x和y轴方向悬浮力和的表达式为:式中,i1、i2、i3分别为A、B、C三相转矩绕组的电流,分别为锥形磁轴承Ⅰ的x、y轴方向悬浮绕组电流,Nb、Ns分别偏置绕组和径向悬浮绕组的匝数。锥形磁轴承Ⅱ的x和y轴方向悬浮力和的表达式为:式中,分别为锥形磁轴承Ⅱ的x、y轴方向悬浮绕组电流。z轴方向悬浮力的表达式为:式中,Nz为轴向悬浮绕组的匝数,iz为轴向悬浮绕组的电流。由表达式(1)~(7)可知,锥形磁轴承开关磁阻电机的径向、轴向悬浮力与转子位置角θ无关,仅与电机结构参数、三相转矩绕组电流和四个悬浮绕组电流有关。其中,四个径向悬浮力仅与该方向径向力电流和三相转矩绕组电流有关,因此四个径向悬浮力间相互解耦;又因为五个悬浮力均与转子位置角无关,因此转矩和悬浮力间可解耦控制。需要指出的是,由于悬浮力正负随悬浮绕组电流的正负变化而变化,因此悬浮绕组电流方向在控制时会发生变化,需采用可调电流方向的功率变换器。本发明实施例1的控制方法,所述锥形磁轴承开关磁阻电机包括1个开关磁阻磁阻电机和2个锥形磁轴承,其中开关磁阻电机产生旋转转矩,2个锥形磁轴承产生五个方向悬浮力,以实现转子五个方向的悬浮运行;所述电机包括3相转矩绕组,4个径向悬浮绕组和1个轴向悬浮绕组,其中,独立控制3相转矩绕组电流,以调节转矩,并产生偏置磁通;独立控制5个悬浮绕组电流,实现五自由度悬浮调节;包括如下步骤:步骤A,获取给定转矩绕组电流、开通角和关断角;具体步骤如下:步骤A-1,采集转子实时转速,得到转子角速度ω;步骤A-2,将转子角速度ω与设定的参考角速度ω*相减,得到转速差Δω;步骤A-3,当ω≤ω0时,ω0为临界速度设定值,其由电机实际工况确定;所述转速差Δω,通过比例积分控制器,获得转矩绕组电流参考值im*;开通角θon和关断角θoff固定不变,θon和θoff取值由电机结构形式决定;步骤A-4,当ω>ω0时,所述转速差Δω,通过比例积分控制器,获得开通角θon和关断角θoff,转矩绕组电流不控制;步骤B,获取锥形磁轴承Ⅰ的x轴和y轴方向给定悬浮力;其具体步骤如下:步骤B-1,获取锥形转子Ⅰ的x轴和y轴方向的实时位移信号α1和β1,其中,x轴为水平方向,y轴为竖直方向;步骤B-2,将实时位移信号α1和β1分别与给定的参考位移信号α1*和β1*相减,分别得到x轴方向和y轴方向的实时位移信号差Δα1和Δβ1,将所述实时位移信号差Δα1和Δβ1经过比例积分微分控制器,得到锥形磁轴承Ⅰ的x轴方向悬浮力和y轴方向悬浮力步骤C,获取锥形磁轴承Ⅱ的x轴和y轴方向给定悬浮力;其具体步骤如下:步骤C-1,获取锥形转子Ⅱ的x轴和y轴方向的实时位移信号α2和β2;步骤C-2,将实时位移信号α2和β2分别与给定的参考位移信号α2*和β2*相减,分别得到x轴方向和y轴方向的实时位移信号差Δα2和Δβ2,将所述实时位移信号差Δα2和Δβ2经过比例积分微分控制器,得到锥形磁轴承Ⅱ的x轴方向悬浮力和y轴方向悬浮力步骤D,获取z轴方向给定悬浮力;其具体步骤如下:步骤D-1,获取转子z轴方向的实时位移信号z,其中z轴与x轴和y轴方向垂直;步骤D-2,将实时位移信号z与给定的参考位移信号z*相减,得到z轴方向的实时位移信号差Δz,将所述实时位移信号差Δz经过比例积分微分控制器,得到的z轴方向悬浮力步骤E,调节悬浮力,具体步骤如下:步骤E-1,采集m相实时的转矩绕组电流,根据所述悬浮力和以及电流计算公式和解算得到锥形磁轴承Ⅰ的x方向悬浮绕组电流参考值和y轴方向悬浮绕组电流参考值其中,kf1为悬浮力系数,μ0为真空磁导率,l为磁轴承部分的轴向长度,r为磁轴承转子的平均半径,αs为磁轴承定子的平均极弧角,δ为磁轴承部分的单边气隙长度,Nb、Ns分别偏置绕组和径向悬浮绕组的匝数,ik为第k相转矩绕组电流,相数m为3;步骤E-2,根据所述悬浮力和以及电流计算公式和解算得到锥形磁轴承Ⅱ的x方向悬浮绕组电流参考值和y轴方向悬浮绕组电流参考值步骤E-3,采集m相实时的转矩绕组电流和四个径向悬浮绕组电流,根据所述悬浮力以及电流计算公式解算得到z轴方向悬浮绕组电流参考值其中,kf2为悬浮力系数,γ3为轴向力定子磁极夹角,ε为锥形角,Nz为轴向悬浮绕组的匝数;步骤E-4,利用电流斩波控制方法,用锥形磁轴承Ⅰ的x轴方向悬浮绕组实际电流is1跟踪该方向悬绕组电流参考值用y轴方向悬浮绕组的实际电流is2跟踪该方向悬浮绕组电流参考值用锥形磁轴承Ⅱ的x轴方向悬浮绕组实际电流is3跟踪该方向悬绕组电流参考值用y轴方向悬浮绕组的实际电流is4跟踪该方向悬浮绕组电流参考值用z轴方向悬浮绕组实际电流iz跟踪该方向悬绕组电流参考值从而实时调节悬浮力;步骤F,调节转矩;具体步骤如下:步骤F-1,当ω≤ω0时,利用电流斩波控制方法,以转矩绕组的实际电流im跟踪转矩绕组电流参考值im*,进而实时调节转矩绕组电流im,进而达到调节转矩的目的;步骤F-2,当ω>ω0时,利用角度位置控制方法,调节开通角θon和关断角θoff的取值,从而实时调节转矩。本发明实施例2、实施例3的控制方法及实现方式,与实施例1均相同,不同之处在于,因定、转子齿不同,开通角θon和关断角θoff取值不同;以及因相数不同,流传感器所需实时采集的转矩绕组相数不同,进而转矩绕组电流之和也不同。综上所述,本发明在结构上实现了转矩和悬浮力的解耦;悬浮绕组的电感为恒值,运动电动势为零,削除了运动电动势的对绕组电流斩波控制的影响,改善了电流实时控制效果;仅需控制五个方向悬浮绕组电流,即可产生五个方向的所需悬浮力,控制变量少,悬浮控制简单,悬浮系统功率变换器成本小;转矩控制与传统开关磁阻电机相同,利于转矩输出,高速适应性进一步加强。对该技术领域的普通技术人员而言,根据以上实施类型可以很容易联想其他的优点和变形。因此,本发明并不局限于上述具体实例,其仅仅作为例子对本发明的一种形态进行详细、示范性的说明。在不背离本发明宗旨的范围内,本领域普通技术人员根据上述具体实例通过各种等同替换所得到的技术方案,均应包含在本发明的权利要求范围及其等同范围之内。
再多了解一些
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