本發(fā)明涉及一種兩自由度雙繞組混合磁軸承開關磁阻電機及其控制方法，屬于磁懸浮開關磁阻電機及其控制技術領域。

背景技術：

無軸承開關磁阻電機是20世紀90年代發(fā)展起來的一種新型磁懸浮電機。無軸承開關磁阻電機因集旋轉與懸浮兩功能于一體，不僅可有效解決高速運行時軸承摩擦帶來的損耗和發(fā)熱等問題，還能進一步發(fā)揮開關磁阻電機的高速適應性，從而強化其在航空航天、飛輪儲能、艦船等高速領域的應用基礎。

隨著研究的不斷深入，人們逐漸認識到，能否解決轉矩和懸浮力有效輸出區(qū)域間的制約，懸浮與旋轉兩功能是否能解耦控制、以及高速時懸浮控制精度好壞，對bsrm高速性能是否能得到充分發(fā)揮起著至關重要的作用。

另外，傳統(tǒng)無軸承開關磁阻電機的功率變換器系統(tǒng)復雜，對雙繞組結構而言，需要主繞組和懸浮繞組兩套功率變換器，而對單繞組結構而言，每個繞組需要獨立控制，即每個繞組均需要一個功率變換器，因此兩種結構的功率變換器成本均較高，而且精確控制也更為困難，這些問題的存在嚴重限制了無軸承開關磁阻電機的應用。

為此，本發(fā)明提出了一種結構簡單、功率變換器成本低、轉矩與懸浮力可解耦控制的兩自由度雙繞組混合磁軸承開關磁阻電機，另外，由于磁軸承與開關磁阻電機相互隔離、二者僅存在電關系，磁路間無耦合，冗余性更強。磁軸承的偏置繞組與開關磁阻電機的一相繞組串聯，構成一相轉矩繞組，采用恒勵磁導通方式，在磁軸承產生懸浮所需的偏置磁通外，還可通過有效控制使其在開關磁阻電機內產生一個有效輸出轉矩，該轉矩的平均值與另兩相的輸出平均轉矩相等，有利于改善三相輸出轉矩特性。

技術實現要素：

本發(fā)明目的是提出一種結構簡單、功率變換器成本低、轉矩與懸浮力可解耦控制的兩自由度雙繞組混合磁軸承開關磁阻電機及其控制方法。

本發(fā)明為實現上述目的，采用如下技術方案：

一種兩自由度雙繞組混合磁軸承開關磁阻電機，包括1個開關磁阻電機和1個磁軸承，所述開關磁阻電機與磁軸承串聯布置；

所述開關磁阻電機，包括磁阻電機定子、磁阻電機轉子和磁阻電機線圈

所述磁軸承，包括磁軸承定子、磁軸承轉子、偏置線圈和懸浮線圈；

所述磁阻電機轉子布置在磁阻電機定子內，所述磁軸承轉子布置在磁軸承定子內，所述磁阻電機轉子和磁軸承轉子分別套在轉軸上；

所述磁阻電機定子為凸極結構，齒數為12，所有磁阻電機定子齒均勻分布，齒與齒相隔30°；所述磁阻電機轉子為凸極結構，齒數為8，所有磁阻電機轉子齒均勻分布，齒與齒相隔45°；

所述磁軸承定子為凸極結構，齒數為12，所有磁軸承定子齒均勻分布，齒與齒相隔30°，所述磁軸承轉子為圓柱結構；

其特征在于，每個磁阻電機定子齒上繞有1個磁阻電機線圈，相隔90°的4個磁阻電機線圈串聯，構成1個轉矩繞組，共3個，分別為a轉矩繞組、b相轉矩繞組和c相轉矩繞組，其中，b相轉矩繞組、c相轉矩繞組與a相轉矩繞組在空間上分別相差30°和-30°；

位于水平方向和豎直方向的4個相差90°的磁軸承定子齒上分別繞有1個偏置線圈和1個懸浮線圈，共4個偏置線圈和4個懸浮線圈；

位于水平方向的2個相差180°的懸浮線圈串聯，構成1個水平方向懸浮繞組，位于豎直方向的2個相差180°的懸浮線圈串聯，構成1個豎直方向懸浮繞組；

所述4個相差90°的偏置線圈串聯，構成1個偏置繞組；所述1個偏置繞組與a相轉矩繞組串聯，構成a相復合勵磁繞組。

所述的一種兩自由度雙繞組混合磁軸承開關磁阻電機的控制方法，其特征在于，a相復合勵磁繞組采用恒導通勵磁方式，在磁軸承內產生偏置磁通，在開關磁阻電機內產生轉矩；b相和c相轉矩繞組輪流勵磁導通，產生轉矩；通過控制兩個懸浮繞組中的電流大小和方向，以調節(jié)懸浮力；每一個磁阻電機轉子周期，控制a相轉矩繞組在正轉矩半周期內的電流值為負轉矩半周期內電流值的兩倍，并通過轉矩繞組電流與平均轉矩和開關角的關系，使三相轉矩繞組輸出的平均轉矩相等；轉矩控制與懸浮力控制相互獨立，且轉矩與懸浮力可實現解耦控制；包括如下步驟：

步驟a，采集磁阻電機轉子實時位置角θ，判別各相勵磁狀態(tài)；

步驟a-1，定義θ＝0的磁阻電機轉子位置，與a相復合勵磁繞組所在的磁阻電機定子齒與磁阻電機轉子對齊的位置，相差22.5°；a相復合勵磁繞組恒導通勵磁，一個轉子周期角為45°，且每個懸浮力控制區(qū)間為[0，45°]，令θ＝0時a相復合勵磁繞組開始勵磁導通；

步驟a-2，當θ＝θonb時，開通b相轉矩繞組功率電路的功率開關，b相開始勵磁導通，當θ＝θoffb時，關斷b相轉矩繞組功率電路的功率開關，b相結束勵磁；其中，θonb和θoffb分別b相轉矩繞組功率電路的開通角和關斷角，二者均與轉速相關，θonb的取值范圍為[7.5°，15°]，b相轉矩繞組的導通角為(θoffb-θonb)，其取值范圍為[15°，20°]；

步驟a-3，當θ＝θonc時，開通c相轉矩繞組功率電路的功率開關，c相開始勵磁導通，當θ＝θoffc時，關斷c相轉矩繞組功率電路的功率開關，c相結束勵磁；其中，θonc和θoffc分別c相轉矩繞組功率電路的開通角和關斷角，θonc＝θonb+15°，θoffc＝θoffb+15°；

步驟a-4，計算b、c相轉矩繞組的有效輸出轉矩角度θc，計算公式為：θc＝θoffb+θonb-15°或θc＝θoffc+θonc-45°；

步驟b，獲取x軸方向給定懸浮力和y軸方向給定懸浮力具體步驟如下：

步驟b-1，獲取轉子在x軸和y軸方向的實時位移信號α和β，其中，x軸與所述水平方向磁軸承定子齒中心線重合，y軸與所述豎直方向磁軸承定子齒中心線重合，x軸與y軸在空間上相差90°；

步驟b-2，將實時位移信號α和β分別與給定的參考位移信號α^*和β^*相減，分別得到x方向和y方向的實時位移信號差δα和δβ，將所述實時位移信號差δα和δβ經過比例積分微分控制器，得到所述相x軸方向給定懸浮力和y軸方向給定懸浮力

步驟c，調節(jié)轉矩，具體步驟如下：

步驟c-1，采集磁阻電機轉子實時轉速，計算得到磁阻電機轉子角速度ω；

步驟c-2，磁阻電機轉子角速度ω與設定的參考角速度ω^*相減，得到轉速差δω；

步驟c-3，所述轉速差δω，通過比例積分控制器，獲得轉矩繞組電流參考值im^*；

步驟c-4，計算偏置繞組電流參考值根據所述電流參考值im^*和步驟a-4中的有效輸出轉矩角度θc，以及計算公式可解算出偏置繞組電流參考值其中，τr為一個磁阻電機轉子極距角，τr＝45°；

步驟c-5，利用電流斬波控制方法，讓a相復合勵磁繞組的實際電流ia跟蹤其偏置繞組電流參考值讓b相轉矩繞組的實際電流ib跟蹤im^*，讓c相轉矩繞組的實際電流ic跟蹤im^*進而實時調節(jié)三相轉矩繞組電流，進而達到調節(jié)轉矩的目的；

步驟d，調節(jié)懸浮力，具體步驟如下：

步驟d-1，調節(jié)θ∈[0，22.5°]區(qū)間內的懸浮力，此時a相復合勵磁繞組輸出正轉矩，與b、c相轉矩繞組輸出的轉矩方向相同；

根據所述懸浮力和偏置繞組電流參考值以及電流計算公式和可解算得到x軸方向懸浮繞組電流的參考值和y軸方向懸浮繞組電流的參考值

其中，kf為懸浮力系數，式中，μ0為真空磁導率，l為磁軸承的軸向長度，r為磁軸承轉子的半徑，αs為徑向磁軸承定子的極弧角，δ為磁軸承部分的單邊氣隙長度；

步驟d-2，調節(jié)θ∈[22.5°，45°]區(qū)間內的懸浮力，此時a相復合勵磁繞組輸出負轉矩，與b、c相轉矩繞組輸出的轉矩方向相反；

根據所述懸浮力和偏置繞組電流參考值以及電流計算公式和可解算得到x軸方向懸浮繞組電流的參考值和y軸方向懸浮繞組電流的參考值

步驟d-3，利用電流斬波控制方法，讓兩個懸浮繞組的實際電流ix和iy分別跟蹤其參考值和從而實時調節(jié)每個懸浮區(qū)間內的懸浮力，進而實現每個轉子周期的懸浮運行。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出了一種兩自由度雙繞組混合磁軸承開關磁阻電機及其控制方法，采用本發(fā)明的技術方案，能夠達到如下技術效果：

(1)轉矩控制與懸浮力控制相對獨立，且可實現轉矩和懸浮力的解耦控制；

(2)結構簡單，功率變換器成本低；

(3)控制變量少，控制簡單，三相繞組輸出的平均轉矩相等，轉矩特性較好。

附圖說明

圖1是兩自由度雙繞組混合磁軸承開關磁阻電機的三維結構示意圖。

圖2是本發(fā)明中開關磁阻電機的a相轉矩繞組示意圖。

圖3是本發(fā)明中磁軸承的偏置繞組和懸浮繞組示意圖。

圖4是懸浮繞組和轉矩繞組的電感和電流波形示意圖。

圖5是兩自由度雙繞組混合磁軸承開關磁阻電機的系統(tǒng)框圖。

圖6是本發(fā)明控制方法中的偏置電流計算方法框圖。

圖7是本發(fā)明控制方法中的各懸浮繞組電流計算方法框圖。

附圖標記說明：圖1至圖7中，1是磁阻電機定子，2是磁阻電機轉子，3是磁阻電機線圈，4是磁軸承定子，5是磁軸承轉子，6是偏置線圈，7是懸浮線圈，8是轉軸，9是12/8極開關磁阻電機，10是12極磁軸承，11、12、13分別是x、y、z軸方向坐標軸的正方向，14為a相轉矩繞組的流入電流ia+，15為a相轉矩繞組的流出電流ia-，16為偏置繞組的流入電流ibias+，17為偏置繞組的流出電流ibias-，18為x軸方向懸浮繞組的流入電流ix+，19為x軸方向懸浮繞組的出電流ix-，20為y軸方向懸浮繞組的流入電流iy+，21為y軸方向懸浮繞組的出電流iy-，22、23、24、25分別為氣隙1、氣隙2、氣隙3和氣隙4，26、27、28、29分別為a相轉矩繞組、b相轉矩繞組、c相轉矩繞組和懸浮繞組的電感曲線，30、31、32、33分別為a相轉矩繞組、b相轉矩繞組、c相轉矩繞組和懸浮繞組的電流曲線，fα，fβ分別為x、y軸方向的懸浮力，fα*，fβ*分別為懸浮力的參考值，α、β分別為轉子在x、y軸方向上的偏心位移，α*、β*分別為轉子在x、y軸方向上偏心位移的參考值，θ為轉子位置角，θon、θoff分別為開通和關斷角，θonb、θoffb分別是b相轉矩繞組的為開通和關斷角，θonc、θoffc分別是c相轉矩繞組的為開通和關斷角，ib、ic分別是b相和c相轉矩繞組電流。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發(fā)明一種兩自由度雙繞組混合磁軸承開關磁阻電機及其控制方法的技術方案進行詳細說明：

如圖1所示，是兩自由度雙繞組混合磁軸承開關磁阻電機的三維結構示意圖，其中，1是磁阻電機定子，2是磁阻電機轉子，3是磁阻電機線圈，4是磁軸承定子，5是磁軸承轉子，6是偏置線圈，7是懸浮線圈，8是轉軸，9是12/8極開關磁阻電機，10是12極磁軸承。

一種兩自由度雙繞組混合磁軸承開關磁阻電機，包括1個開關磁阻電機和1個磁軸承，所述開關磁阻電機與磁軸承串聯布置；

所述開關磁阻電機，包括磁阻電機定子、磁阻電機轉子和磁阻電機線圈

所述磁軸承，包括磁軸承定子、磁軸承轉子、偏置線圈和懸浮線圈；

所述磁阻電機轉子布置在磁阻電機定子內，所述磁軸承轉子布置在磁軸承定子內，所述磁阻電機轉子和磁軸承轉子分別套在轉軸上；

所述磁阻電機定子為凸極結構，齒數為12，所有磁阻電機定子齒均勻分布，齒與齒相隔30°；所述磁阻電機轉子為凸極結構，齒數為8，所有磁阻電機轉子齒均勻分布，齒與齒相隔45°；

所述磁軸承定子為凸極結構，齒數為12，所有磁軸承定子齒均勻分布，齒與齒相隔30°，所述磁軸承轉子為圓柱結構；

其特征在于，每個磁阻電機定子齒上繞有1個磁阻電機線圈，相隔90°的4個磁阻電機線圈串聯，構成1個轉矩繞組，共3個，分別為a轉矩繞組、b相轉矩繞組和c相轉矩繞組，其中，b相轉矩繞組、c相轉矩繞組與a相轉矩繞組在空間上分別相差30°和-30°；

位于水平方向和豎直方向的4個相差90°的磁軸承定子齒上分別繞有1個偏置線圈和1個懸浮線圈，共4個偏置線圈和4個懸浮線圈；

位于水平方向的2個相差180°的懸浮線圈串聯，構成1個水平方向懸浮繞組，位于豎直方向的2個相差180°的懸浮線圈串聯，構成1個豎直方向懸浮繞組；

所述4個相差90°的偏置線圈串聯，構成1個偏置繞組；所述1個偏置繞組與a相轉矩繞組串聯，構成a相復合勵磁繞組。

如圖2所示，是本發(fā)明中開關磁阻電機的a相轉矩繞組示意圖。a相轉矩繞組均由空間上相隔90°的四個繞組串聯而成，b、c相轉矩繞組連接方式與a相相同，僅在位置上與a相相差30°和-30°，三相繞組的四個磁極均呈nsns分布。

如圖3所示，是本發(fā)明中磁軸承的偏置繞組和懸浮繞組示意圖。位于水平方向的2個相差180°的懸浮線圈串聯，構成1個水平方向懸浮繞組，位于豎直方向的2個相差180°的懸浮線圈串聯，構成1個豎直方向懸浮繞組；

所有偏置線圈串聯，構成1個偏置繞組；所述1個偏置繞組與a相轉矩繞組串聯，構成a相復合勵磁繞組；

四個偏置繞組產生的磁場極性呈nnnn或ssss分布，兩個懸浮繞組產生的磁場極性呈nnss或ssnn分布。

當x軸方向懸浮繞組電流ix>0時，氣隙1(標號22)處的磁密與偏置繞組產生的磁密方向相同，磁場增加，氣隙3(標號24)處的磁密與偏置繞組產生的磁密方向相反，磁場減弱，進而產生一個x軸正方向的懸浮力；同理，ix<0時，產生一個x軸負方向的懸浮力。

當y軸方向懸浮繞組電流iy>0時，氣隙2(標號23)處的磁密與偏置繞組產生的磁密方向相同，磁場增加，氣隙4(標號25)處的磁密與偏置繞組產生的磁密方向相反，磁場減弱，進而產生一個y軸正方向的懸浮力；同理，iy<0時，產生一個y軸負方向的懸浮力。

因此，合理控制兩個懸浮繞組電流的大小和方向，即可產生所需的懸浮力，以實現轉子的兩自由度的懸浮。

如圖4所示，是懸浮繞組和轉矩繞組的電感和電流波形示意圖。圖中，標號26、27、28、29分別為a相轉矩繞組、b相轉矩繞組、c相轉矩繞組和懸浮繞組的電感曲線，標號30、31、32、33分別為a相轉矩繞組、b相轉矩繞組、c相轉矩繞組和懸浮繞組的電流曲線。定義θ＝0為a相轉矩繞組的不對齊位置，此時繞組電感最小。一個轉子周期角為45°，每個懸浮控制區(qū)間為[0，45°]，其中，[0，22.5°]為正轉矩區(qū)間，[22.5°，45°]為負轉矩區(qū)間。

a相復合勵磁繞組采用恒導通勵磁方式，在開關磁阻電機產生轉矩，并為磁軸承提供連續(xù)不斷的偏置磁通。b、c相轉矩繞組電流被控制位方波形式，為周期性變化規(guī)律，周期角也為45°，且二者的開關角相差15°。

由于正轉矩區(qū)間內a相復合勵磁繞組的電流為負轉矩區(qū)間的兩倍，故a相繞組在整個轉子周期內，將產生一個正轉矩，方向與b、c兩相的轉矩方向相同；并通過轉矩繞組電流與平均轉矩和開關角的關系，使三相轉矩繞組輸出的平均轉矩相等，進而改善輸出轉矩特性。

如圖5所示，是磁軸承開關磁阻電機的系統(tǒng)框圖?？刂七^程為：將位移誤差信號進行pid調節(jié)，獲得給定懸浮力fα*，fβ*，之后經過懸浮電流控制器，獲得兩懸浮繞組電流的參考值，利用電流斬波控制方法，讓兩個懸浮繞組的實際電流分別跟蹤各自的參考值，以產生所需的懸浮力。

檢測電機轉子位置信息，經計算得到實際轉速ω，獲得每相轉矩繞組的開通角θon和關斷角θoff，將轉速誤差信號進行pi調節(jié)，獲得b相和c相轉矩繞組電流的參考值，該參考值再經偏置繞組電流計算環(huán)節(jié)，可得到偏置繞組或a相轉矩繞組電流的參考值，利用電流斬波控制方法，讓三相實際電流跟蹤每相繞組電流的參考值，而動態(tài)調節(jié)輸出轉矩，并達到三相輸出轉矩的平均值相等。

如圖6所示，是本發(fā)明控制方法中的偏置電流計算方法框圖。對傳統(tǒng)12/8極開關磁阻電機而言，每相繞組產生的平均轉矩tav為：

式中，τr為一個轉子極距角，為45°，i為相電流，θon、θoff分別為相繞組的開通角和關斷角，此時零度位置為該相不對齊位置，δl為相繞組最大電感與最小電感之比，δθ為半個轉子極距角，為22.5°。

對本發(fā)明中的12/8極開關磁阻電機而言，b相和c相輪流勵磁導通，電流對稱相等，產生的平均轉矩tb和tc也相等，為：

其中，θc為相繞組的有效輸出轉矩角度，θc＝θoff-2|θon|

a相采用恒導通策略，在開關磁阻電機內產生轉矩，并在磁軸承產生偏置磁通。令正半周期內a相繞組電流為ibias，負半周期內的a相繞組電流為c·ibias，c為兩半周期電流之比，此時產生的平均轉矩ta為：

為保證三相繞組產生的轉矩對稱，需使他們的平均轉矩相等，即式(2)與式(3)相等，則有：

當c＝1/2時，式(4)變?yōu)椋?/p>

為此，當轉速閉環(huán)經pi調節(jié)后，可得到b相和c相的電流參考值根據式(5)可得到a相繞組電流的參考值為

其中，θc＝θoffb+θonb-15°或θc＝θoffc+θonc-45°，此時θ＝0為a相繞組的不對齊位置。

如圖7所示，是本發(fā)明控制方法中的各懸浮繞組電流計算方法框圖。圖中，kf為懸浮力系數，其表達式為：

式中，μ0為真空磁導率，l為磁軸承的軸向長度，r為磁軸承轉子的半徑，αs為徑向磁軸承定子的極弧角，δ為磁軸承部分的單邊氣隙長度。

磁軸承的x和y軸方向懸浮力fα和fβ的表達式為：

fα＝kfnbnsibiasix(8)

fβ＝kfnbnsibiasiy(9)

式中，ibias為磁軸承偏置繞組電流，ix、iy分別為徑向磁軸承的x、y軸方向懸浮繞組電流，nb為偏置繞組的匝數，ns為懸浮繞組的匝數。

控制中，兩個徑向位移經pid調節(jié)后，可得到兩個方向懸浮力的參考值和而轉速經pi調節(jié)后，可得到b和c相轉矩繞組電流的參考值因此，基于公式(8)和(9)，可以得到兩個方向懸浮繞組電流的參考值和

在a相正轉矩區(qū)間內，即θ∈[0，22.5°]，偏置繞組電流的參考值為兩個方向懸浮繞組電流的參考值和的計算公式分別為：

其中，偏置繞組電流的參考值為由公式(6)計算得到；

在a相負轉矩區(qū)間內，即θ∈[22.5°，45°]，偏置繞組電流的參考值為兩個方向懸浮繞組電流的參考值和的計算公式分別為：

上述分析顯示，轉矩控制與懸浮力控制相互獨立，且轉矩與懸浮力也相互解耦；另外，由于通過偏置繞組電流計算環(huán)節(jié)，使得a相與b、c相輸出的平均轉矩相等，故即使a相采用恒導通勵磁方式，而b和c相采用輪流勵磁導通策略，三相輸出的平均轉矩也相等，進而使得本發(fā)明電機具有較好的輸出轉矩特性。另外，控制變量較少，控制簡單。

需要指出的是，由于懸浮力正負隨懸浮繞組電流的正負變化而變化，因此四個懸浮繞組電流方向在控制時會發(fā)生變化，需采用可調電流方向的功率變換器。

所述一種兩自由度雙繞組混合磁軸承開關磁阻電機的控制方法，其特征在于，a相復合勵磁繞組采用恒導通勵磁方式，在磁軸承內產生偏置磁通，在開關磁阻電機內產生轉矩；b相和c相轉矩繞組輪流勵磁導通，產生轉矩；通過控制兩個懸浮繞組中的電流大小和方向，以調節(jié)懸浮力；每一個磁阻電機轉子周期，控制a相轉矩繞組在正轉矩半周期內的電流值為負轉矩半周期內電流值的兩倍，并通過轉矩繞組電流與平均轉矩和開關角的關系，使三相轉矩繞組輸出的平均轉矩相等；轉矩控制與懸浮力控制相互獨立，且轉矩與懸浮力可實現解耦控制；包括如下步驟：

步驟a，采集磁阻電機轉子實時位置角θ，判別各相勵磁狀態(tài)；

步驟a-1，定義θ＝0的磁阻電機轉子位置，與a相復合勵磁繞組所在的磁阻電機定子齒與磁阻電機轉子對齊的位置，相差22.5°；a相復合勵磁繞組恒導通勵磁，一個轉子周期角為45°，且每個懸浮力控制區(qū)間為[0，45°]，令θ＝0時a相復合勵磁繞組開始勵磁導通；

步驟a-2，當θ＝θonb時，開通b相轉矩繞組功率電路的功率開關，b相開始勵磁導通，當θ＝θoffb時，關斷b相轉矩繞組功率電路的功率開關，b相結束勵磁；其中，θonb和θoffb分別b相轉矩繞組功率電路的開通角和關斷角，二者均與轉速相關，θonb的取值范圍為[7.5°，15°]，b相轉矩繞組的導通角為(θoffb-θonb)，其取值范圍為[15°，20°]；

步驟a-3，當θ＝θonc時，開通c相轉矩繞組功率電路的功率開關，c相開始勵磁導通，當θ＝θoffc時，關斷c相轉矩繞組功率電路的功率開關，c相結束勵磁；其中，θonc和θoffc分別c相轉矩繞組功率電路的開通角和關斷角，θonc＝θonb+15°，θoffc＝θoffb+15°；

步驟a-4，計算b、c相轉矩繞組的有效輸出轉矩角度θc，計算公式為：θc＝θoffb+θonb-15°或θc＝θoffc+θonc-45°；

步驟b，獲取x軸方向給定懸浮力和y軸方向給定懸浮力具體步驟如下：

步驟b-1，獲取轉子在x軸和y軸方向的實時位移信號α和β，其中，x軸與所述水平方向磁軸承定子齒中心線重合，y軸與所述豎直方向磁軸承定子齒中心線重合，x軸與y軸在空間上相差90°；

步驟b-2，將實時位移信號α和β分別與給定的參考位移信號α^*和β^*相減，分別得到x方向和y方向的實時位移信號差δα和δβ，將所述實時位移信號差δα和δβ經過比例積分微分控制器，得到所述相x軸方向給定懸浮力和y軸方向給定懸浮力

步驟c，調節(jié)轉矩，具體步驟如下：

步驟c-1，采集磁阻電機轉子實時轉速，計算得到磁阻電機轉子角速度ω；

步驟c-2，磁阻電機轉子角速度ω與設定的參考角速度ω^*相減，得到轉速差δω；

步驟c-3，所述轉速差δω，通過比例積分控制器，獲得轉矩繞組電流參考值im^*；

步驟c-4，計算偏置繞組電流參考值根據所述電流參考值im^*和步驟a-4中的有效輸出轉矩角度θc，以及計算公式可解算出偏置繞組電流參考值其中，τr為一個磁阻電機轉子極距角，τr＝45°；

步驟c-5，利用電流斬波控制方法，讓a相復合勵磁繞組的實際電流ia跟蹤其偏置繞組電流參考值讓b相轉矩繞組的實際電流ib跟蹤im^*，讓c相轉矩繞組的實際電流ic跟蹤im^*進而實時調節(jié)三相轉矩繞組電流，進而達到調節(jié)轉矩的目的；

步驟d，調節(jié)懸浮力，具體步驟如下：

步驟d-1，調節(jié)θ∈[0，22.5°]區(qū)間內的懸浮力，此時a相復合勵磁繞組輸出正轉矩，與b、c相轉矩繞組輸出的轉矩方向相同；

根據所述懸浮力和偏置繞組電流參考值以及電流計算公式和可解算得到x軸方向懸浮繞組電流的參考值和y軸方向懸浮繞組電流的參考值

其中，kf為懸浮力系數，式中，μ0為真空磁導率，l為磁軸承的軸向長度，r為磁軸承轉子的半徑，αs為徑向磁軸承定子的極弧角，δ為磁軸承部分的單邊氣隙長度；

步驟d-2，調節(jié)θ∈[22.5°，45°]區(qū)間內的懸浮力，此時a相復合勵磁繞組輸出負轉矩，與b、c相轉矩繞組輸出的轉矩方向相反；

根據所述懸浮力和偏置繞組電流參考值以及電流計算公式和可解算得到x方向懸浮繞組電流的參考值和y方向懸浮繞組電流的參考值

步驟d-3，利用電流斬波控制方法，讓兩個懸浮繞組的實際電流ix和iy分別跟蹤其參考值和從而實時調節(jié)每個懸浮區(qū)間內的懸浮力，進而實現每個轉子周期的懸浮運行。

綜上所述，本發(fā)明結構簡單，控制變量少，懸浮控制實施方便，功率變換器成本低，轉矩與懸浮力間的解耦，且轉矩控制與懸浮力控制相互獨立；另外，在a相繞組恒導通的情況下，利用本控制方法實現了三相繞組輸出的平均轉矩相等，使該電機仍具有較好的輸出轉矩特性。

對該技術領域的普通技術人員而言，根據以上實施類型可以很容易聯想其他的優(yōu)點和變形。因此，本發(fā)明并不局限于上述具體實例，其僅僅作為例子對本發(fā)明的一種形態(tài)進行詳細、示范性的說明。在不背離本發(fā)明宗旨的范圍內，本領域普通技術人員根據上述具體實例通過各種等同替換所得到的技術方案，均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍及其等同范圍之內。