本发明涉及一种磁悬浮开关磁阻电机，可作为高速、高效率电机，特别适用于飞轮电池领域。
背景技术
随着我国经济持续高速发展，如高速机床、离心机、压缩机、飞轮电池等众多领域需要高速/超高速电机的驱动，然而在机械轴承支承转轴的高速/超高速电机中，由于电机高速旋转使得摩擦阻力增加，轴承磨损严重，需定期维护，且因摩擦过程中，产生大量的热量，电机工作效率低，所以高速、高效率电机越来越受到重视，由于机械轴承带来的一系列问题，工业中气浮轴承、液浮轴承等轴承得到广泛应用，以减小轴承的机械磨损，但气浮轴承、液浮轴承装置庞大，结构复杂，承载力有限，摩擦损耗大，其中液浮轴承还存在污染，应用场合受到限制。随着磁轴承应用场合对体积、损耗等性能要求越来越高，永磁偏置磁轴承在机电能量转换、能量储存、高速电机等领域显示出突出的优势，目前已成为磁悬浮技术一个重要的研究和发展方向。
技术实现要素：
为解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种磁悬浮开关磁阻电机，本体上解决了磁悬浮开关磁阻电机悬浮磁场和转矩磁场的耦合效应，同时采用永磁条为电机转子的悬浮磁场提供偏置磁通，减小了电机运行的损耗。
本发明是采用以下技术方案实现上述技术目的的：
一种磁悬浮开关磁阻电机，包括十二极外定子、八极转子、混合内定子、转矩气隙和悬浮气隙，所述外定子、转子、内定子由外向内依次同轴嵌套，外定子与转子之间设有等间隙转矩气隙，转子与内定子之间设有等间隙悬浮气隙；所述外定子的定子轭上连接有十二根等间隔分布的定子齿极，十二根定子齿极依次分为u、v、w三相，每个定子齿极上绕有转矩绕组；所述转子的八个等间隔分布的转子齿极连接在转子轭的外部；所述内定子由依次轴向排列的第一三极内定子、柱形永磁条和第二三极内定子粘合固定而成，三极内定子的三个齿极等间隔连在内定子圆盘上，每个齿极上绕有悬浮绕组。
进一步，所述永磁条的径向宽度与内定子圆盘的径向宽度相同，所述永磁条采用轴向充磁。
进一步，所述第一三极内定子的三个第一齿极等间隔连在第一内定子圆盘上，第一齿极上均绕有第一悬浮绕组；所述第二三极内定子的三个第二齿极等间隔连在第二内定子圆盘上，第二齿极上均绕有第二悬浮绕组；所述第一齿极依次分为a1、b1、c1三相，每相上均绕有第一悬浮绕组，第二齿极依次分为a2、b2、c2三相，每相上均绕有第二悬浮绕组。
进一步，所述v相转矩绕组与w相转矩绕组在空间位置上分别位于u相转矩绕组逆时针旋转方向的30°、60°处。
本发明采用上述技术方案后具有的有益效果是：
1、本发明设计的双定子结构紧凑，综合了启动、发电和转子自悬浮功能，且运行损耗低。
2、双定子混合励磁磁悬浮开关磁阻电机的偏置磁场由放置在内定子中的永磁条提供，提供的偏置磁场上下对称，左右相等，进一步降低了装置的电磁功耗，保证了转子的稳定悬浮，提高了电机的运行效率。
3、双定子混合励磁磁悬浮开关磁阻电机外定子上的绕组实现启动发电功能，内定子上的绕组实现转子悬浮功能。悬浮、转矩磁场互不干扰，在本体上实现了解耦。
4、本发明悬浮绕组不使用直流功率放大器驱动控制，而采用一个三相功率电路驱动控制，大大减小了功率放大器的体积与成本，降低了功率损耗，并且控制更加简化。
附图说明
图1为一种双定子混合励磁磁悬浮开关磁阻电机轴向结构图。
图2为一种双定子混合励磁磁悬浮开关磁阻电机前、后侧径向结构图，图2(a)为磁悬浮开关磁阻电机前侧径向结构图，图2(b)为磁悬浮开关磁阻电机后侧径向结构图，。
图3为一种双定子混合励磁磁悬浮开关磁阻电机u相绕组电气连接示意图。
图4为一种双定子混合励磁磁悬浮开关磁阻电机前侧悬浮绕组示意图。
图5为一种双定子混合励磁磁悬浮开关磁阻电机后侧悬浮绕组示意图。
图6为一种双定子混合励磁磁悬浮开关磁阻电机悬浮部分工作原理。
其中：1：外定子，2：转子，3：混合内定子，4：悬浮气隙，5：转矩气隙，6：永磁条，1-1：外定子轭，1-2：定子齿极，1-3：转矩绕组，3-1：第一三极内定子，3-2：第二三极内定子，3-1-1：第一定子齿极，3-1-2：第一内定子圆盘，3-1-3：第一悬浮绕组，3-2-1：第二定子齿极，3-2-2：第二内定子圆盘，3-2-3：第二悬浮绕组。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本发明磁悬浮开关磁阻电机轴向结构图，包括十二极外定子1、八极转子2、混合内定子3、悬浮气隙4和转矩气隙5，混合内定子3为电机的悬浮提供保障；外定子1、转子2、内定子3由外向内依次同轴嵌套，外定子1与转子2之间设有等间隙转矩气隙4，转子2与内定子3之间设有等间隙悬浮气隙5；如图2(a)、(b)所示，本发明磁悬浮开关磁阻电机前、后侧径向结构图，外定子1的定子轭1-1上连接有十二根等间隔分布的定子齿极1-2，十二根定子齿极1-2依次分为u、v、w三相(即u1、u2、u3、u4，v1、v2、v3、v4、，w1、w2、w3、w4)，每个定子齿极1-2上绕有转矩绕组1-3，绕组内部按需通入电流，为电机的电动/发电提供转矩磁场；转子2的八个等间隔分布的转子齿极2-1连接在转子轭2-2的外部；内定子3由依次轴向排列的第一三极内定子3-1、柱形永磁条6和第二三极内定子3-2通过工业用胶粘合固定而成，永磁条6位于第一三极内定子3-1、第二三极内定子3-2之间，第一三极内定子3-1的三个第一齿极3-1-1等间隔连在第一内定子圆盘3-1-2上，第一齿极3-1-1上均绕有第一悬浮绕组3-1-3；第二三极内定子3-2的三个第二齿极3-2-1等间隔连在第二内定子圆盘3-2-2上，第二齿极3-2-1上均绕有第二悬浮绕组3-2-3。永磁条6采用轴向充磁，为电机转子的悬浮提供偏置磁场，减小了电机运行的损耗；永磁条6径向宽度与第一内定子圆盘3-1-2、第二内定子圆盘3-2-2的径向宽度相等。
如图3所示，本发明磁悬浮开关磁阻电机u相绕组电气连接示意图，磁悬浮开关磁阻电机u相转矩绕组由径向垂直相对的u相转矩绕组1-3依次串联而成(串联缠绕顺序为u2→u3→u4→u4)，v相和w相在绕组结构及连接方式上与u相相同，v相绕组与w相绕组在空间位置上分别位于u相绕组逆时针旋转方向的30°、60°处。在运行时根据开关器件的通断情况，在外定子1、转矩气隙4、转子2中形成闭合磁路，利用磁拉力，带动转子转动。图中，itu为u相转矩绕组内通入的电流，isa1、isb1、isc1分别为悬浮绕组3-1-3的a1、b1、c1三相对应电流。
如图4及图5所示，本发明磁悬浮开关磁阻电机前、后侧悬浮绕组示意图(前侧悬浮绕组即第一悬浮绕组3-1-3、后侧悬浮绕组即第二悬浮绕组3-2-3)，第一齿极3-1-1依次分为a1、b1、c1三相，每相上绕有悬浮绕组；第二齿极3-2-1依次分为a2、b2、c2三相，每相上绕有悬浮绕组。以前侧悬浮绕组为例，第一悬浮绕组3-1-3内部通入交流电，根据右手螺旋定则和磁通矢量绕加，对电机的转子2产生径向两个自由度的位移，保证电机的悬浮支承。后侧绕组只在缠绕方向上与前侧绕组相反，其余结构、工作原理相同。图5中，isa2、isb2、isc2分别为悬浮绕组3-2-3的a2、b2、c2三相对应电流。
如图6所示，本发明磁悬浮开关磁阻电机悬浮部分工作原理，永磁条6产生的偏置磁通φm从n极出发，依次经过第二定子圆盘3-2-2，第二定子齿极3-2-1、悬浮气隙5、转子轭2-2、悬浮气隙5、第一定子齿极3-1-1、第一定子圆盘3-1-2，最终回到永磁条6的s极，形成闭合回路。而由第一悬浮绕组3-1-3产生的控制磁通，以y方向上为例，由悬浮绕组3-1-3的a1相绕组通电后产生的控制磁通φisa1，b1、c1相绕组通电后产生的控制磁通φisb1、φisc1在y方向上的分量合成向下磁通，磁通φisa1与偏置磁通φm反向，磁通φisb1、φisc1在y方向上的分量的合成磁通同向，使得转子2上下两侧的磁密不等，形成悬浮力。实现了电机转子的径向y方向上的悬浮。x方向上形成悬浮力的原理与y方向相同，即磁通矢量的绕加，第二内定子3-2与第一内定子3-1控制磁通工作原理相同，φisa2为悬浮绕组3-2-3的a2相绕组通电后产生的控制磁通，φisb2为悬浮绕组3-2-3的b2绕组通电后产生的控制磁通，φisc2为悬浮绕组3-2-3的c2相绕组通电后产生的控制磁通。
根据以上所述，便可以实现本发明。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。