本发明涉及电机制造技术领域，具体涉及一种外转子五自由度无轴承开关磁阻电机。
背景技术：
无轴承电机具有无摩擦、磨损、无需润滑和密封，易于实现更高转速和更大功率运行，在航空航天、涡轮分子泵、飞轮储能、密封泵、高速电主轴等领域具有广阔的应用前景。无轴承电机主要分为无轴承异步（感应）电机、无轴承永磁同步电机和无轴承开关磁阻电机三种。特别是其中的无轴承开关磁阻电机具有具有结构简单，机械强度高、控制灵活、容错性能好，鲁棒性好等优势，在电动汽车、通用工业、家用电器等领域具有广阔的应用前景。
传统的无轴承开关磁阻电机是将磁轴承产生悬浮力的绕组集成到开关磁阻电机定子槽中,每个定子齿上均绕制两套绕组，即悬浮绕组和转矩绕组，通过协调控制转矩绕组和悬浮绕组电流，产生悬浮绕组磁场和转矩绕组磁场，两者相互叠加，通过在转子一侧气隙磁场增强，相反方向气隙磁场减弱来获得指向气隙磁场增强方向的径向悬浮力，转矩控制和悬浮控制之间存在强耦合。且要实现转子五自由度稳定悬浮，必须采用轴向单自由度磁轴承、径向两自由度磁轴承和两自由度无轴承开关磁阻电机组合成五自由度无轴承驱动系统，体积庞大，轴向长度长，临界转速高，难以体现无轴承电机技术高转速和高功率密度的优势。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种结构紧凑，悬浮控制与转矩控制相互独立，径向主动控制，而轴向被动控制的一种外转子五自由度无轴承开关磁阻电机。
本发明通过以下技术方案实现：
一种外转子五自由度无轴承开关磁阻电机，包括共同内定子和共同外转子，所述共同内定子由依次串联在绝磁轴上的左定子铁心、永磁环、右定子铁心组成，所述左定子铁心和右定子铁心各自在边部的x方向和y方向设置有四个悬浮齿，相邻两个悬浮齿之间还通过隔磁块连接有数个转矩齿，所述悬浮齿和转矩齿上分别绕制有悬浮绕组、转矩绕组；所述共同外转子由固定连接于导磁壳的左转子铁心、右转子铁心组成，所述左转子铁心、右转子铁心分别同轴间隔设置于左定子铁心、右定子铁心径向外侧，所述左转子铁心、右转子铁心的内圆周分别设置有数个转子齿。
本发明的进一步方案是，所述左定子铁心和右定子铁心的相对面分别同轴连接有套在绝磁轴上的左导磁桥、右导磁桥，所述左导磁桥、右导磁桥的端部连接永磁环两端。
本发明的进一步方案是，所述悬浮齿的齿宽大于转矩齿的齿宽，且悬浮齿的齿宽大于电机一个极距。
本发明的进一步方案是，所述左转子铁心、右转子铁心、左定子铁心和右定子铁心的径向长度大于轴向长度为薄片状。
本发明与现有技术相比的优点在于：
一、采用一个绝磁轴将左侧定子铁心、右侧定子铁心和永磁环串联在一起，在左侧定子铁心、右侧定子铁心的x和y方向各设置个悬浮齿，其余空间设置有转矩齿，转矩齿和悬浮齿通过隔磁材料连接为一体，转矩齿上绕制转矩绕组，悬浮齿上绕制悬浮绕组，转矩绕组和悬浮绕组均为集中式绕组，且悬浮齿与转子齿之间的气隙小于转矩齿与转子齿之间的气隙；由一个轴向磁化的永磁环为电机提供静态偏置磁通，左右两侧的悬浮绕组通电产生左、右两侧悬浮控制磁通，悬浮控制磁通调节静态偏置磁通，在转子上产生径向悬浮力，控制转子径向稳定悬浮；左右两侧转子铁心和定子铁心做成薄片状，轴向由偏置磁通产生的磁阻力实现被动控制；
二、与每个定子齿上设置有两套绕组的无轴承开关磁阻电机相比，悬浮控制、转矩控制相互独立，控制简单，易于实现；
三、与普通五自由度无轴承电机相比，轴向长度更短，能够实现高速/超高速运行，且所需位移传感器较少，驱动电路较少，控制系统硬件简单；该结构的外转子五自由度无轴承开关磁阻电机可广泛应用于飞轮储能、各种高速机床主轴电机和密封泵类、离心机、压缩机、高速小型硬盘驱动装置等高速直接驱动领域。
附图说明
图1为本发明的结构爆炸图。
图2为本发明的正视图。
图3为本发明的侧视图。
图4为本发明的左视结构与偏置磁通示意图。
图5为本发明的左侧产生+x方向悬浮力的绕组电流方向和悬浮磁通示意图。
图6为本发明的右视结构与偏置磁通示意图。
图7为本发明的右侧产生+x方向悬浮力的绕组电流方向与悬浮磁通示意图。
图8为本发明的径向悬浮原理示意图。
图9为本发明的轴向悬浮示意图。
图10为本发明的倾斜方向悬浮示意图。
具体实施方式
如图1~3所示的一种外转子五自由度无轴承开关磁阻电机，包括共同内定子和共同外转子，所述共同内定子由依次串联在绝磁轴6上的左定子铁心4、轴向磁化的永磁环5、右定子铁心7组成，所述左定子铁心4和右定子铁心7的相对面分别同轴连接有套在绝磁轴6上的左导磁桥10、右导磁桥11，所述左导磁桥10、右导磁桥11的端部分别连接永磁环5两端。所述左定子铁心4和右定子铁心7各自在边部的x方向和y方向设置有四个悬浮齿17，相邻两个悬浮齿17之间还通过隔磁块13连接有数个转矩齿14，所述悬浮齿17和转矩齿14上分别绕制有悬浮绕组16、转矩绕组15，所述悬浮齿17的齿宽大于转矩齿14的齿宽，且悬浮齿17的齿宽大于电机一个极距，所述共同外转子由嵌入圆筒形的导磁壳1内腔的左转子铁心2、右转子铁心9组成，所述左转子铁心2、右转子铁心9分别同轴间隔设置于左定子铁心4、右定子铁心7径向外侧形成径向工作气隙，所述左转子铁心2、右转子铁心9的内圆周分别设置有14个转子齿12。
所述转子齿12和转矩齿14的数量可调。
径向悬浮原理是：如图4~图8所示，永磁环5产生偏置磁通18，偏置磁通18从永磁环5的n极，经过左导磁桥10、左定子铁心4的悬浮齿17、左侧径向工作气隙、左转子铁心2的转子齿12、导磁壳1、右转子铁心9的转子齿12、右侧径向工作气隙、右定子铁心7的悬浮齿17、右导磁桥11返回永磁环5的s极，形成轴向闭合路径。
左定子铁心4和右定子铁心7上的悬浮绕组16通电，分别产生左悬浮控制磁通19、右悬浮控制磁通20，左悬浮控制磁通19在左侧径向形成闭合路径，右悬浮控制磁通20在右侧径向形成闭合路径，分别在左右两侧调节偏置磁通18，在左转子铁心2、右转子铁心9上产生方向x和y方向的径向悬浮力。
轴向悬浮原理是：如图9和图10所示，当共同外转子中心轴线与共同内定子的中心轴线不重合时，偏置磁场18将产生磁阻力，将共同外转子拉回平衡位置，实现共同外转子轴向和倾斜方向的被动控制。
旋转原理是：将转矩绕组15分为多相结构，对每相轮流通电，或者采用其他通电顺序，产生转矩绕组磁场，转矩绕组磁场在转矩齿和转子齿之间形成闭合路径，产生磁阻力，产生转矩，实现转子旋转。
永磁环5采用磁性能良好的稀土永磁环或铁氧体永磁环制成，悬浮绕组15、转矩绕组16均采用导电良好的电磁线圈绕制后侵漆烘干而成；左转子铁心2、右转子铁心9、左定子铁心4、右定子铁心7均由导磁性能良好的薄硅钢片沿轴向叠压而成，左定子铁心4、右定子铁心7的径向长度大于轴向厚度成薄片型，左转子铁心2、右转子铁心9的轴向厚度与左定子铁心4、右定子铁心7的轴向厚度相等；左导磁桥10、右导磁桥11和导磁壳1是由导磁性能良好的整块材料制成。
根据现有技术，在定子上安装位移传感器，或通过无位移传感器算法，检测或辨识转子径向偏移量，构建径向位移闭环控制系统，实现径向主动控制而稳定悬浮。