实施方案
[0020] 参见图1，本发明双定子无轴承五相无刷直流电机由外定子磁轭1、容错齿2、电枢齿3、外永磁体6、转子铁芯7、隔磁铝环8、内永磁体9、内定子齿11，内定子磁轭13、转矩绕组4和悬浮力绕组12组成。外定子磁轭1、转子铁芯7和内定子磁轭13三者由外而内地同轴心嵌
套，外定子磁轭1内圆周面上沿圆周方向均匀固定20个外定子齿，20个外定子齿由10个电枢齿3和10个容错齿2组成，每相电枢齿3之间有独立的容错齿2，电枢齿3和容错齿2相互交错
排列。在电枢齿3上绕有转矩绕组4。
[0021] 外永磁体6是18极，N、S极相互交错布置，均按径向方向充磁，18极外永磁体6的两侧首尾固定相接，18极外永磁体6均匀分布在转子铁芯7的外表面上，外永磁体6与20个外定子齿之间存在径向外气隙5，外气隙5的径向距离为0.5mm。转子铁芯7的中间固定嵌有隔磁铝环8，隔磁铝环8将转子铁芯7分为内外两部分，且与内外转子铁芯7之间紧密相贴。在转子铁芯7内表面上均匀分布4极内永磁体9，内永磁体9均按径向方向充磁，相邻两个内永磁体9之间相隔30°，每极内永磁体9所占弧度为60°。内定子磁轭13外圆周面上沿圆周方向均匀固定6个内定子齿11，内定子齿11上绕有悬浮力绕组12。内定子齿11与内永磁体9之间存在径
向内气隙10，内气隙10的径向距离为0.5mm。
[0022] 转矩绕组4、外永磁体6、转子铁芯7共同作用，实现电机旋转，悬浮力绕组12、内永磁体9、转子铁芯7共同作用，实现转子稳定悬浮。
[0023] 转矩绕组4采用20槽、不等齿宽的容错齿结构，由 A、B、C、D、E五相组成，采用分数槽集中绕组，每相转矩绕组4由2个线圈组成，共10个线圈，线圈按(A+)→(D-)→(B+)→(E-)→(C+)→(A-)→(D+)→(B-)→(E+)→(C-)依次沿逆时针方向分布于电枢齿3上。转矩绕组4采用集中隔齿绕制，每相绕组绕在1个电枢齿3上，每相绕组之间间隔一个容错齿2，绕组端部互不交叠，实现热隔离。
[0024] 悬浮力绕组12由a、b、c三相悬浮力绕组组成，分别间隔120°空间角度，采用集中绕组，每相悬浮力绕组12由2个线圈组成，共6个线圈，悬浮力绕组12为2极。其中，a相悬浮力绕组由线圈a1、a2组成，b相悬浮力绕组由线圈b1、b2组成，c相悬浮力绕组由线圈c1、c2组成。并且6个线圈按线圈a1→c1→b1→a2→c2→b2的顺序依次沿逆时针方向分布于内定子齿11上。将线圈a1、a2串联，作为a相悬浮力绕组，将线圈b1、b2串联，作为b相悬浮力绕组，将线圈c1、c2串联，作为c相悬浮力绕组。
[0025] 18极外永磁体6按N、S的顺序间隔贴于转子铁芯7外表面，18极外永磁体6与转矩绕组4共同作用，实现电机旋转。4极内永磁体9按径向方向充磁，并且按N、S的顺序沿顺时针方向贴于转子铁芯7内表面，4极内永磁体9与2极悬浮力绕组12共同作用，实现电机的稳定悬
浮。
[0026] 已有的双定子电机结构，转矩绕组基本采用三相永磁电机，无刷直流电机的转矩大于永磁电机，且五相无刷直流电机的转矩大于三相电机，同样的电流，五相无刷直流电机的转矩出力力度更大，并且在电机转子转过的 360°电角度中,三相无刷直流电机每隔 60°
电角度换一次向，而五相无刷直流电机每隔 36°电角度换一次向，故其合成转矩的转矩脉
动比三相无刷直流电机小，且五相电机更容易实现容错控制。本发明中五相转矩绕组4采用星形链接，采用五相H桥驱动方式。电机正常工作时，转子逆时针旋转，在任一时刻均有四相转矩绕组4同时通电，参见图2，每相通电时间为144°，A、B、C、D、E各相电流相位依次相差
72°，每隔 36°电角度就换一次向。参见图3，其中A、B、C、D、E方向为各相单独通电时的磁势方向，FAB/CD为A、B、C、D四相同时导通时的合成磁势方向，且A、B相为上桥臂导通，C、D相为下桥臂导通，四相转矩绕组4的10种组合导通方式及合成磁势参见图3，分别为磁势FAB/DE、
FBC/DE、FBC/AE、FCD/AE、FCD/AB、FDE/AB、FDE/BC、FAE/BC、FAE/CD，形成一个圆周。转矩绕组4通电顺序取决于转子角位置θ，根据电枢磁势保持与转子磁场相垂直，产生转矩最有效的原则，当转子角位置θ在-18°~18°时，选择磁势FBC/DE有效，则导通B、C相上桥臂，导通D、E相下桥臂；当θ在18°~54°时，选择磁势FBC/AE有效，则导通B、C相上桥臂，导通A、E相下桥臂；当θ在54°~90°时，选择磁势FCD/AE有效，则导通C、D相上桥臂，导通A、E相下桥臂；当θ在90°126°时，选择磁势FCD/AB~
有效，则导通C、D相上桥臂，导通A、B相下桥臂；当θ在126°162°时，选择磁势FDE/AB有效，则导~
通D、E相上桥臂，导通A、B相下桥臂；当θ在162°~198°时，选择磁势FDE/BC有效，则导通D、E相上桥臂，导通B、C相下桥臂；当θ在198°~234°时，选择磁势FAE/BC有效，则导通A、E相上桥臂，导通B、C相下桥臂；当θ在234°270°时，选择磁势FAE/CD有效，则导通A、E相上桥臂，导通C、D相下桥~
臂；当θ在270°306°时，选择磁势FAB/CD有效，则导通A、B相上桥臂，导通C、D相下桥臂；当θ在~
306°~342°时，选择磁势FAB/DE有效，则导通A、B相上桥臂，导通D、E相下桥臂。按照此导通顺序，则转矩绕组4合成磁势呈逆时针旋转，产生旋转转矩，使电机旋转。为了形成144°平顶的梯形波反电势，电枢齿3与容错齿2不等宽，每相转矩绕组4之间被容错齿2隔开，起到了隔离作用, 调节容错齿2与电枢齿3各宽度，易形成144°平顶的梯形波反电势，不仅可以使每相
通过容错齿2形成自己的闭合磁路，从而实现了磁隔离，还在一定程度上避免了相与相之间的热量交换，实现了热隔离， 实现无刷直流电机结构。同时，容错齿2能实现磁场、热量、和物理上的近似完全隔离，每一相可看做独立的部分，当某相绕组发生故障时，切除掉该相，通过补偿其他相可实现电机的正常运行。
[0027] 已有的双定子电机结构，内定子悬浮力绕组采用四极结构，采用两个差分功率放大器驱动。本发明中内定子悬浮力绕组12采用与普通电机相似的三相结构，采用逆变器驱
动，a、b、c相三自由度方向悬浮力可调，能够提供更加精准的合成悬浮力。转子悬浮时，三相悬浮力绕组12通电顺序取决于转子的偏心位置，若转子中心点向x轴负方向偏移，则控制悬浮力电流产生x轴正方向的悬浮力即可将其拉回至中心位置。悬浮力绕组12与转矩绕组4互
相独立控制，悬浮力绕组电流按a、b、c方向相位依次相差120°。参见图4，当a相电流为正向最大ua1时，b、c相电流分别为负向ub1、uc1。当a相悬浮力绕组按图5所示方式通电，则b、c相电流方向与图5方向相反。a1相与x轴正方向同向，设b1、c1方向分别为b、c相正方向，悬浮力绕组通电磁力线14和内永磁体磁力线15参见图5虚线，x轴负方向磁场增强，x轴正方向磁场减弱，同时b、c反方向磁场增强，正方向磁场减弱。相对于悬浮力绕组12，转子为外转子，所以产生x轴正方向悬浮力Fa，b、c正方向悬浮力Fb、Fc，参见图6(a)，悬浮力Fa大于Fb和Fc，通过调节a、b、c三相电流改变Fa、Fb、Fc三相悬浮力大小，将向x轴负方向偏移的转子拉回至中心处。
同理参见图6(b)、6(c)，b相、c相悬浮力绕组分别通正向最大电流时产生的悬浮力分别为
Fb、Fc、沿b、c轴方向分布，悬浮力绕组三相导通时所产生的悬浮力方向共同决定一个平面，改变相应悬浮力绕组电流的大小，可以产生在此平面内大小和方向可控的悬浮力，a、b、c三自由度方向可调使得悬浮力的输出更加精确，从而支承转子稳定悬浮。
