CN109586537A - 一种分块转子的无轴承双凸极电机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种分块转子的无轴承双凸极电机及其控制方法，涉及无轴承电机技术领域，提供一种励磁效率高，悬浮控制简单，运行可靠的分块转子无轴承双凸极电机方案。本发明中：电机转子包括多个独立的转子铁心和非导磁体，每个转子铁心均嵌于非导磁体上，且相互之间没有磁路耦合。定子铁心为凸极结构，定子铁心包括若干定子极，定子极交替绕有电枢线圈和励磁线圈，绕有励磁线圈的定子极上绕有悬浮线圈。电枢线圈依次串联构成电枢绕组后分别与外部整流电路连接，励磁线圈依次串联后构成励磁绕组与外部励磁控制电路相连，空间径向相对的悬浮线圈串联构成悬浮绕组，与外部悬浮控制电路相连。本发明适用于航空航天发电***等高速应用场合。

Description

一种分块转子的无轴承双凸极电机及其控制方法
技术领域
本发明涉及无轴承电机技术领域，尤其涉及一种分块转子的无轴承双凸极电机及其控制方法。
背景技术
无轴承电机是将磁轴承功能与驱动或发电功能集成一体的新型电机，具有空间利用率高，结构紧凑等特点，通过调节悬浮电流，主动控制电机极间径向电磁力，相对于传统的电机也提高了电机高速运行可靠性，提高了功率密度及效率。目前已经逐步发展出了无轴承开关磁阻电机和电磁式无轴承双凸极电机等方案。其中：
无轴承开关磁阻电机的转矩和悬浮力存在非线性耦合，增加了***实现难度。而进一步发展出的电磁式无轴承双凸极电机由于励磁电流可以提供悬浮所需要的偏置磁场，不再需要像无轴承开关磁阻电机一样利用电枢电流提供偏置磁场，因此电磁式无轴承双凸极电机悬浮绕组中的悬浮电流控制与转子位置角和电枢电流大小无关，工作不依赖可控功率变换器和转子位置角传感器，***结构简单，只需要灵活调节励磁电流，即可控制输出电压。并且可以通过采用独立悬浮绕组控制悬浮力避免了非线性耦合问题，单独控制悬浮电流和励磁电流以实现电机输出与悬浮之间的相互解耦。
然而电磁式无轴承双凸极电机由于每相电枢绕组配置不对称，使得反电势不对称，导致绕组损耗与发热不平衡，恶化电机绝缘性能，从而使与电机电枢绕组连接的外部整流电路的功率器件发热不均，影响可靠性；并且电磁式无轴承双凸极电机的励磁磁路较长，导致励磁效率低，这又增加了损耗。
发明内容
本发明的实施例提供一种分块转子的无轴承双凸极电机及其控制方法，提供一种励磁磁路短励磁效率高，各相反电势对称，且悬浮控制简单，运行可靠的分块转子无轴承双凸极电机方案。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明实施例的分块转子无轴承双凸极电机中，电机转子包括多个独立的转子铁心和非导磁体，每个转子铁心均嵌于非导磁体上，且相互之间没有磁路耦合。定子铁心为凸极结构，定子铁心包括若干定子极，定子极交替绕有电枢线圈和励磁线圈，绕有励磁线圈的定子极上绕有悬浮线圈。电枢线圈依次串联构成电枢绕组后分别与外部整流电路连接，励磁线圈依次串联后构成励磁绕组与外部励磁控制电路相连，空间径向相对的悬浮线圈串联构成悬浮绕组，与外部悬浮控制电路相连。
通过将分块转子的无轴承双凸极电机转子铁心之间磁路相互隔离，实现了励磁磁路短，励磁效率高，励磁铜损低；并且电机的每相电枢绕组分布均衡，因此每相反电势对称，绕组发热平衡，电机电枢绕组连接的外部整流电路的功率器件发热平衡，电流应力平衡，使得电机及其***的可靠性高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的电机结构示意图；
图2为本发明实施例提供的电机中所采用的全桥不控整流电路、励磁控制电路、第一悬浮控制电路、第二悬浮控制电路和第三悬浮控制电路的示意图。
图3为本发明实施例提供的电机在转子0度时的磁力线分布示意图；
图4为本发明实施例提供的电机的悬浮控制原理框图；
图5为本发明实施例提供的电机励磁线圈连接端示意图；
图6为本发明实施例提供的电机悬浮线圈连接端示意图；
附图中的各个标号分别表示：1-定子铁心、2-转子铁心、3-非导磁体、4-电枢绕组、5-励磁绕组、6-第一悬浮绕组、7-第二悬浮绕组、8-第三悬浮绕组、9-通正方向的励磁电流时励磁绕组产生的励磁磁力线、10-通正方向的第一悬浮绕组电流时悬浮绕组产生的悬浮磁力线。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明实施例提供一种分块转子的无轴承双凸极电机，如图1所示，所述电机中包括：定子铁心(1)、转子铁心(2)、非导磁体(3)、电枢绕组(4)、励磁绕组(5)和悬浮绕组。
所述无轴承双凸极电机的转子由转子铁心(2)和非导磁体(3)构成，所有的转子铁心(2)均嵌于非导磁体(3)上。
各个转子铁心(2)是相互分离的，一个转子铁心(2)与另一个转子铁心(2)之间没有磁路耦合。
所述转子为凸极结构，每个转子铁心(2)作为一个转子极，所述转子极的数量与转子铁心(2)的数量相同。
定子铁心(1)为凸极结构，定子铁心(1)的定子极交替绕有电枢线圈和励磁线圈，其中，绕有励磁线圈的定子极上同时绕有悬浮线圈，所有的励磁线圈的绕制方式相同，所有的悬浮线圈的绕制方式相同。
电枢绕组(4)由各个电枢线圈依次串联构成，电枢绕组(4)与外部的整流电路连接。
在本实施例中，在每套励磁线圈中共有两个连接端，分别为第x励磁线圈的第一连接端和所述第x励磁线圈的第二连接端，其中，m≥x≥1，x为正整数，m表示励磁线圈的总数。
依照连接规则，沿着顺(逆)时针方向将所有励磁线圈依次串联，构成励磁绕组(5)。
励磁绕组(5)共有两个出线端，励磁绕组(5)的两个出线端与外部励磁控制电路连接，第m励磁线圈的第一连接端作为励磁绕组(5)第二出线端。
其中，各个励磁线圈之间的连接规则包括：
第一励磁线圈的第一连接端为励磁绕组(5)的第一出线端，所述第一励磁线圈的第二连接端与第二励磁线圈的第二连接端连接，所述第二励磁线圈为所述第一励磁线圈的顺(逆)时针方向的下一套励磁线圈。
所述第二励磁线圈的第一连接端与第三励磁线圈的第一连接端连接，所述第三励磁线圈为所述第二励磁线圈的顺(逆)时针方向的下一套励磁线圈。
在本实施例的优选方案中，所述无轴承双凸极电机为12n/8n的三相结构，其中，定子极数目为12n，转子极数目为8n，n为正整数。
例如：图1所示的，其中采用12/8极的双凸极结构，即定子极数目为12，转子极数目为8，每个转子铁心2均嵌于非导磁体3上，每个转子铁心之间相互分离，没有磁路耦合，每个转子铁心为一个转子极，八个独立的转子铁心2和非导磁体3构成转子，转子为凸极结构，有八个转子极。定子铁心为凸极结构，定子铁心包括十二个定子极，定子极交替绕有电枢线圈和励磁线圈，绕有励磁线圈的定子极上绕有悬浮线圈。电枢线圈按照图1所示的接线依次串联构成电枢绕组4，在三相电枢绕组中，每相电枢绕组有两个出线端，三相电枢绕组总共六个出线端，分别为A+,A-,B+,B-,C+,C-。每套励磁线圈按照图1所示的接线依次串联构成励磁绕组5，共有两个出线端，分别为F+,F-。空间相对的悬浮线圈如图1所示串联，分别构成第一悬浮绕组6、第二悬浮绕组7和第三悬浮绕组8，第一悬浮绕组6共有两个出线端，分别为S1+和S1-，第二悬浮绕组7共有两个出线端，分别为S2+和S2-，第三悬浮绕组8共有两个出线端，分别为S3+和S3-。
进一步的，在每一套悬浮线圈中，共有两个连接端，分别为悬浮线圈的第一连接端和悬浮线圈第二连接端。
空间径向相对的两套悬浮线圈为一组，分别构成第一悬浮绕组(6)、第二悬浮绕组(7)和第三悬浮绕组(8)。其中第一悬浮绕组(6)由两个悬浮线圈按照预定的构成规则串联构成。
第一悬浮绕组(6)的出线端和外部第一悬浮控制电路连接，第二悬浮绕组(7)的出线端和外部第二悬浮控制电路连接，第三悬浮绕组(8)的出线端和外部第三悬浮控制电路连接。
其中，所述构成规则包括：在同一悬浮绕组内，其中一套悬浮线圈的第一连接端作为悬浮绕组的第一出线端。所述其中一套悬浮线圈的第二连接端，与同一悬浮绕组内的另一套悬浮线圈的第一连接端相连。
所述另一套悬浮线圈的第二连接端，作为悬浮绕组的第二出线端。按照同样方式，构成第二悬浮绕组(7)和第三悬浮绕组(8)，相应构成第二悬浮绕组(7)第一出线端和第二出线端、第三悬浮绕组(8)第一出线端和第二出线端。
具体的，所述外部励磁控制电路为单管斩波电路或者为不对称半桥电路。
所述外部第一悬浮控制电路、第二悬浮控制电路和第三悬浮控制电路都为全桥逆变电路。所述外部整流电路为全桥不控整流电路、或者零式不控整流电路。
例如图2所示的，全桥不控整流电路中：第一整流二极管D1和第四整流二极管D4串联，第二整流二极管D2和第五整流二极管D5串联，第三整流二极管D3和第六整流二极管D6串联，第一整流二极管D1和第二整流二极管D2、第三整流二极管D3的阴极连接，第四整流二极管和第五整流二极管D5、第六整流二极管D6的阳极连接。电机的三相电枢绕组Wa,Wb,Wc出线端A-,B-,C-连接，出线端A+,B+,C+分别与第一整流二极管D1的阳极、第二整流二极管D2的阳极、第三整流二极管D3的阳极连接。
励磁控制电路：励磁绕组Wf的一端与直流励磁电压源Uf正极连接，另一端与MOSFET开关管Q漏极连接，Q源极与直流励磁电压源Uf负极连接，续流二极管阴极与直流励磁电压源Uf正极连接，续流二极管阳极与直流励磁电压源Uf负极连接。
第一悬浮控制电路：MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q2串联，MOSFET开关管Q3和MOSFET开关管Q4串联，MOSFET开关管Q1和MOSFET开关管Q3的漏极与直流电压源US1的正极连接，MOSFET开关管Q2和MOSFET开关管Q4的源极与直流电压源US1的负极连接，第一悬浮绕组WS1的两端分别与MOSFET开关管Q1的源极、MOSFET开关管Q3的源极连接。
第二悬浮控制电路：MOSFET开关管Q5和MOSFET开关管Q6串联，MOSFET开关管Q7和MOSFET开关管Q8串联，MOSFET开关管Q5和MOSFET开关管Q7的漏极与直流电压源US2的正极连接，MOSFET开关管Q6和MOSFET开关管Q8的源极与直流电压源US2的负极连接，第二悬浮绕组WS2的两端分别与MOSFET开关管Q5的源极、MOSFET开关管Q7的源极连接。
第三悬浮控制电路：MOSFET开关管Q9和MOSFET开关管Q10串联，MOSFET开关管Q11和MOSFET开关管Q12串联，MOSFET开关管Q9和MOSFET开关管Q11的漏极与直流电压源US3的正极连接，MOSFET开关管Q10和MOSFET开关管Q12的源极与直流电压源US3的负极连接，第三悬浮绕组WS3的两端分别与MOSFET开关管Q9的源极、MOSFET开关管Q11的源极连接。
本发明实施例还提供一种分块转子的无轴承双凸极电机的控制方法，包括：
通过安装在电机端盖上的x轴方向的径向位移传感器，检测所述电机的转子的径向位置，得到x轴方向上转子的实际位移。
通过安装在电机端盖上的y轴方向的径向位移传感器，检测所述电机的转子的径向位置，得到y轴方向上转子的实际位移，其中，所述x轴与所述y轴相互正交。
检测得到所述电机的电枢绕组(4)经过整流电路后的直流侧实际电压Udc。
检测得到所述电机的第一悬浮绕组(6)的电流、第二悬浮绕组(7)的电流和第三悬浮绕组(8)的电流。
将所述第一悬浮绕组(6)的电流、第二悬浮绕组(7)的电流和第三悬浮绕组(8)的电流，经过第二坐标变换，得到所述x轴方向上的悬浮绕组控制电流的反馈值和所述y轴方向上的悬浮绕组控制电流的反馈值。
将给定的所述电机在所述x轴方向上的参考位移值，与检测得到的所述x轴方向上所述电机的转子的实际位移值，之间的差值，经过x轴位移调节环节，得到所述电机在所述x轴方向上的悬浮绕组控制电流参考值。
将给定的所述电机在所述y轴方向上的参考位移值，与检测得到的所述y轴方向上所述电机的转子的实际位移值，之间的差值，经过y轴位移调节环节，得到所述电机在所述y轴方向上的悬浮绕组控制电流参考值。
将所述电机在所述x轴方向上的悬浮绕组控制电流参考值，与所述x轴方向上的悬浮绕组控制电流的反馈值之差，经过所述x轴悬浮电流调节环节，得到所述x轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值。
将所述电机在所述y轴方向上的悬浮绕组控制电流参考值，与所述y轴方向上的悬浮绕组控制电流的反馈值之差，经过所述y轴悬浮电流调节环节，得到所述y轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值。
将所述x轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值，与所述y轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值，经过第一坐标变换，得到α轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值、β轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值和γ轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值。
通过所述α轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值调节所述第一悬浮控制电路中的开关管占空比，通过β轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值调节所述第二悬浮控制电路中的开关管占空比，通过γ轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值调节所述第三悬浮控制电路中的开关管占空比。从而调节第一悬浮绕组(6)电流、第二悬浮绕组(7)电流和第三悬浮绕组(8)电流，实现第一悬浮绕组(6)电流跟踪其参考值，第二悬浮绕组(7)电流跟踪其参考值，第三悬浮绕组(8)电流跟踪其参考值，达到控制径向悬浮力的目的。
根据给定的电枢绕组(4)经过整流电路后的直流侧参考电压Udc *，与电枢绕组(4)经过整流电路后的直流侧实际电压Udc的差值，经过励磁调节环节，得到励磁电流参考值。
根据所述励磁电流参考值调节所述励磁控制电路中的开关管占空比。调节励磁绕组(5)中的实际励磁电流，实现励磁绕组(5)中的实际励磁电流跟踪其参考值，达到控制输出电压的目的。
例如：如图3所示的，电机的转子0度时，励磁磁力线9和悬浮磁力线10的分布示意图，其中励磁绕组和第一悬浮绕组中的电流方向如图3所示。第一悬浮绕组通电后在上部气隙处产生的悬浮磁通与励磁磁通方向相同，在下部气隙处产生的悬浮磁通与励磁磁通方向相反，造成气隙磁场在α轴方向不相等。根据该时刻的气隙磁场分布情况可知，转子上侧的气隙磁场比下侧的气隙磁场强，因此转子将受到轴方向的悬浮力。
当第一悬浮电流增加时，转子在α轴方向受到的悬浮力增加，当第一悬浮电流反向，转子在α轴方向受到的悬浮力反向。同理，通过控制第二悬浮电流大小和方向，可以控制转子在β轴方向的悬浮力的大小和方向，通过控制第三悬浮电流大小和方向，可以控制转子在γ轴方向的悬浮力的大小和方向。可见，通过控制悬浮绕组中电流的大小和方向可以控制所产生的悬浮力的大小与方向，从而使转子稳定悬浮。
具体的，所述励磁调节环节、所述x轴位移调节环节、所述y轴位移调节环节、所述x轴悬浮电流调节环节和所述y轴悬浮电流调节环节，都采用比例-积分-微分PID控制。
例如图4所示的，通过x轴方向的径向位移传感器检测所述分块转子无轴承双凸极电机转子径向位置得到x轴方向转子实际位移，通过y轴方向的径向位移传感器检测所述分块转子无轴承双凸极电机转子径向位置得到y轴方向转子实际位移，其中x轴与y轴相互正交，检测所述分块转子无轴承双凸极电机电枢绕组经过整流电路后的直流侧实际电压Udc，检测所述分块转子无轴承双凸极电机第一悬浮绕组电流iα、第二悬浮绕组电流iβ和第三悬浮绕组电流iγ，将检测得到的第一悬浮绕组电流iα、第二悬浮绕组电流iβ和第三悬浮绕组电流iγ经过第二坐标变换得到x轴方向悬浮绕组控制电流的反馈值ix与y轴方向悬浮绕组控制电流的反馈值iy。
将给定的分块转子无轴承双凸极电机x轴方向参考位移x*与检测得到的x轴方向实际位移Δx之差经过x轴位移PID调节环节得到分块转子无轴承双凸极电机x轴方向悬浮绕组控制电流参考值ix *，将给定的分块转子无轴承双凸极电机y轴方向参考位移y*与检测得到的y轴方向实际位移Δy之差经过y轴位移PID调节环节得到分块转子无轴承双凸极电机y轴方向悬浮绕组控制电流参考值iy *，将分块转子无轴承双凸极电机x轴方向悬浮绕组控制电流参考值ix *与x轴方向悬浮绕组控制电流的反馈值ix之差经过x轴悬浮电流PI调节环节得到x轴方向悬浮绕组控制电压参考值ux *，将分块转子无轴承双凸极电机y轴方向悬浮绕组控制电流参考值iy *与y轴方向悬浮绕组控制电流的反馈值iy之差经过y轴悬浮电流PI调节环节得到y轴方向悬浮绕组控制电压参考值uy *，将x轴方向悬浮绕组控制电压参考值ux *与y轴方向悬浮绕组控制电压参考值uy *经过第一坐标变换，得到α轴方向悬浮绕组控制电压参考值uα *、β轴方向悬浮绕组控制电压参考值uβ *、γ轴方向悬浮绕组控制电压参考值uγ *，由此调节第一悬浮控制电路、第二悬浮控制电路和第三悬浮控制电路中的开关管占空比，从而调节第一悬浮绕组电流、第二悬浮绕组电流和第三悬浮绕组电流，实现第一悬浮绕组电流跟踪其参考值，第二悬浮绕组电流跟踪其参考值，第三悬浮绕组电流跟踪其参考值，达到控制径向悬浮力的目的。
将给定的分块转子无轴承双凸极电机电枢绕组经过整流电路后的直流侧参考电压Udc *与分块转子无轴承双凸极电机电枢绕组经过整流电路后的直流侧实际电压Udc之差经过励磁调节环节得到励磁电流参考值。
调节励磁控制电路中的开关管占空比，实现励磁绕组中的实际励磁电流跟踪其参考值，调节励磁绕组中的实际励磁电流，达到控制输出电压的目的。
在现有的方案中，采用独立悬浮绕组控制悬浮力避免了非线性耦合问题，单独控制悬浮电流和励磁电流以实现电机输出与悬浮之间的相互解耦。然而电磁式无轴承双凸极电机由于每相电枢绕组配置不对称，使得反电势不对称，导致绕组损耗与发热不平衡，恶化电机绝缘性能，同时使与电机电枢绕组连接的外部整流电路的功率器件发热不均，影响可靠性；电磁式无轴承双凸极电机励磁磁路较长，导致励磁效率低，增加了损耗。
本发明实施例所要解决的技术问题在于克服现有无轴承电机存在的不足，提供一种励磁磁路短励磁效率高，各相反电势对称，悬浮控制简单，运行可靠的分块转子的无轴承双凸极电机及其控制方法。在本实施例提供的分块转子无轴承双凸极电机中，电机转子包括多个独立的转子铁心和非导磁体，每个转子铁心均嵌于非导磁体上，且相互之间没有磁路耦合。定子铁心为凸极结构，定子铁心包括若干定子极，定子极交替绕有电枢线圈和励磁线圈，绕有励磁线圈的定子极上绕有悬浮线圈。电枢线圈依次串联构成电枢绕组后分别与外部整流电路连接，励磁线圈依次串联后构成励磁绕组与外部励磁控制电路相连，空间径向相对的悬浮线圈串联构成悬浮绕组，与外部悬浮控制电路相连。
与现有技术相比，本实施例提供的方案至少具有以下优点：
分块转子的无轴承双凸极电机转子铁心之间磁路相互隔离，励磁磁路短，励磁效率高，励磁铜损低；
分块转子的无轴承双凸极电机每相电枢绕组分布均衡，因此每相反电势对称，绕组发热平衡，电机电枢绕组连接的外部整流电路的功率器件发热平衡，电流应力平衡，使得电机及其***的可靠性高；
分块转子的无轴承双凸极电机转子铁心少，转子重量轻，转子刚性好，适合高温高速运行；
分块转子的无轴承双凸极电机励磁绕组与电枢绕组嵌绕在不同定子极上，因此励磁绕组端部短，用铜量少，重量轻，价格便宜。
分块转子的无轴承双凸极电机同电磁式无轴承双凸极电机一样，定转子坚固可靠，因此适合高温高速运行；
分块转子的无轴承双凸极电机同电磁式无轴承双凸极电机一样，发电工作不依赖可控功率变换器和转子位置角传感器，***结构简单，只需要灵活调节励磁电流，即可控制输出电压。
由此可见，本实施例的电机定转子，结构坚固，转子重量轻刚性好，适合高速高温运行，解决了无轴承电机励磁磁路长、励磁效率低，以及相电流分布不均衡问题。并且也改善了悬浮性能，极大简化了悬浮及发电运行控制，特别适合于航空航天发电***等高速应用场合。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种分块转子的无轴承双凸极电机，其特征在于，所述电机中包括：定子铁心(1)、转子铁心(2)、非导磁体(3)、电枢绕组(4)、励磁绕组(5)和悬浮绕组；
所述无轴承双凸极电机的转子由转子铁心(2)和非导磁体(3)构成，所有的转子铁心(2)均嵌于非导磁体(3)上；
各个转子铁心(2)是相互分离的，一个转子铁心(2)与另一个转子铁心(2)之间没有磁路耦合；
所述转子为凸极结构，每个转子铁心(2)作为一个转子极，所述转子极的数量与转子铁心(2)的数量相同；
定子铁心(1)为凸极结构，定子铁心(1)的定子极交替绕有电枢线圈和励磁线圈，其中，绕有励磁线圈的定子极上同时绕有悬浮线圈，所有的励磁线圈的绕制方式相同，所有的悬浮线圈的绕制方式相同；
电枢绕组(4)由各个电枢线圈依次串联构成，电枢绕组(4)与外部的整流电路连接。
2.根据权利要求1所述的分块转子的无轴承双凸极电机，其特征在于，
在每套励磁线圈中共有两个连接端，分别为第x励磁线圈的第一连接端和所述第x励磁线圈的第二连接端，其中，m≥x≥1，x为正整数，m表示励磁线圈的总数；
依照连接规则，沿着顺(逆)时针方向将所有励磁线圈依次串联，构成励磁绕组(5)；
励磁绕组(5)共有两个出线端，第一励磁线圈的第一连接端为励磁绕组(5)的第一出线端，第m励磁线圈的第一连接端作为励磁绕组(5)的第二出线端；
励磁绕组(5)的两个出线端与外部励磁控制电路连接。
3.根据权利要求2所述的分块转子的无轴承双凸极电机，其特征在于，各个励磁线圈之间的连接规则包括：
所述第一励磁线圈的第二连接端与第二励磁线圈的第二连接端连接，所述第二励磁线圈为所述第一励磁线圈的顺(逆)时针方向的下一套励磁线圈；
所述第二励磁线圈的第一连接端与第三励磁线圈的第一连接端连接，所述第三励磁线圈为所述第二励磁线圈的顺(逆)时针方向的下一套励磁线圈。
4.根据权利要求1所述的分块转子的无轴承双凸极电机，其特征在于，
在每一套悬浮线圈中，共有两个连接端，分别为悬浮线圈的第一连接端和悬浮线圈的第二连接端；
空间径向相对的两套悬浮线圈为一组，通过3组空间径向相对的悬浮线圈，分别构成第一悬浮绕组(6)、第二悬浮绕组(7)和第三悬浮绕组(8)，其中第一悬浮绕组(6)由两套悬浮线圈按照预定的构成规则串联构成；
第一悬浮绕组(6)共有两个出线端，第一悬浮绕组(6)的出线端和外部第一悬浮控制电路连接，第二悬浮绕组(7)的出线端和外部第二悬浮控制电路连接，第三悬浮绕组(8)的出线端和外部第三悬浮控制电路连接。
5.根据权利要求4所述的分块转子的无轴承双凸极电机，其特征在于，所述构成规则包括：
在同一悬浮绕组内，其中一套悬浮线圈的第一连接端作为悬浮绕组的第一出线端；
所述其中一套悬浮线圈的第二连接端，与同一悬浮绕组内的另一套悬浮线圈的第一连接端相连；
所述另一套悬浮线圈的第二连接端，作为第一悬浮绕组的第二出线端。
6.根据权利要求1所述的分块转子的无轴承双凸极电机，其特征在于，所述无轴承双凸极电机为12n/8n的三相结构，其中，定子极数目为12n，转子极数目为8n，n为正整数。
7.根据权利要求1所述的分块转子的无轴承双凸极电机，其特征在于，所述外部励磁控制电路为单管斩波电路或者为不对称半桥电路。
8.根据权利要求1所述的分块转子的无轴承双凸极电机，其特征在于，所述外部第一悬浮控制电路、第二悬浮控制电路和第三悬浮控制电路都为全桥逆变电路。
9.根据权利要求1所述的分块转子的无轴承双凸极电机，其特征在于，所述外部整流电路为全桥不控整流电路、或者零式不控整流电路。
10.一种分块转子的无轴承双凸极电机的控制方法，其特征在于，包括：
通过安装在电机端盖上的x轴方向的径向位移传感器，检测所述电机的转子的径向位置，得到x轴方向上转子的实际位移；
通过安装在电机端盖上的y轴方向的径向位移传感器，检测所述电机的转子的径向位置，得到y轴方向上转子的实际位移，其中，所述x轴与所述y轴相互正交；
检测得到所述电机的电枢绕组(4)经过整流电路后的直流侧实际电压Udc；
检测得到所述电机的第一悬浮绕组(6)的电流、第二悬浮绕组(7)的电流和第三悬浮绕组(8)的电流；
将所述第一悬浮绕组(6)的电流、第二悬浮绕组(7)的电流和第三悬浮绕组(8)的电流，经过第二坐标变换，得到所述x轴方向上的悬浮绕组控制电流的反馈值和所述y轴方向上的悬浮绕组控制电流的反馈值；
将给定的所述电机在所述x轴方向上的参考位移值，与检测得到的所述x轴方向上所述电机的转子的实际位移值，之间的差值，经过x轴位移调节环节，得到所述电机在所述x轴方向上的悬浮绕组控制电流参考值；
将给定的所述电机在所述y轴方向上的参考位移值，与检测得到的所述y轴方向上所述电机的转子的实际位移值，之间的差值，经过y轴位移调节环节，得到所述电机在所述y轴方向上的悬浮绕组控制电流参考值；
将所述电机在所述x轴方向上的悬浮绕组控制电流参考值，与所述x轴方向上的悬浮绕组控制电流的反馈值之差，经过所述x轴悬浮电流调节环节，得到所述x轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值；
将所述电机在所述y轴方向上的悬浮绕组控制电流参考值，与所述y轴方向上的悬浮绕组控制电流的反馈值之差，经过所述y轴悬浮电流调节环节，得到所述y轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值；
将所述x轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值，与所述y轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值，经过第一坐标变换，得到α轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值、β轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值和γ轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值；
通过所述α轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值调节所述第一悬浮控制电路中的开关管占空比，通过β轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值调节所述第二悬浮控制电路中的开关管占空比，通过γ轴方向上的悬浮绕组控制电压参考值调节所述第三悬浮控制电路中的开关管占空比。
11.根据权利要求10所述的分块转子的无轴承双凸极电机的控制方法，其特征在于，
根据给定的电枢绕组(4)经过整流电路后的直流侧参考电压Udc *，与电枢绕组(4)经过整流电路后的直流侧实际电压Udc的差值，经过励磁调节环节，得到励磁电流参考值；
根据所述励磁电流参考值调节所述励磁控制电路中的开关管占空比。
12.根据权利要求10所述的分块转子的无轴承双凸极电机的控制方法，其特征在于，所述励磁调节环节、所述x轴位移调节环节、所述y轴位移调节环节、所述x轴悬浮电流调节环节和所述y轴悬浮电流调节环节，都采用比例-积分-微分PID控制。
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