[发明专利]一种基于光学传感器的永磁球形电机转子位置检测方法

说明书

本发明公开了一种基于光学传感器的永磁球形电机转子位置检测方法，包括永磁球形电机，半球形罩壳，基于光学传感器的硬件检测电路，ARM开发板及位置解算算法，其特征是：在所述球形电机转子输出轴上固定半球形罩壳，球形电机定子外壳上间隔90°固定放置两个光学传感器；由所述两个光学传感器检测获得运动的半球形罩壳表面的位移信息，通过对该位移信息进行位置解算，得到半球形罩壳运动的偏航角和俯仰角，解算得到半球形罩壳上P点的位置坐标，由于球形转子与半球形罩壳同轴同心且根据二者半径之间的关系，即可求得球形转子上S点的位置坐标。本发明方法基于的硬件结构相对简单，位置坐标解算算法容易实现，检测误差较小，具有较强实际应用价值。

技术领域

本发明属于永磁球形电机转子位置检测技术领域，更具体地说是一种基于光学传感器的永磁球形电机转子位置检测方法。

背景技术

随着科技的进步，工业装置走上了多样化、自动化和智能化的道路，在实际工业应用中，大到船舶、汽车、工业机器人和机械手，小到家用电器和智能设备，都离不开电机。随着应用场合要求的提高，对电机功能及性能的要求也相对提高，一些做复杂运动的特殊结构装置，如：工业机器人，这类装置往往需要完成空间的多维运动控制。如果采用传统的单自由度工业电机，就必须増加单自由度动力装置的数目，以其组合形式来实现多自由度的空间运动，这样也增加了机械复杂度。

球形电机实现了多个单自由度动力装置的集成，可独立地完成多自由度的空间运动，因此很大程度上减少了装备的复杂度，使装备的体积下降，系统的反应速度变快、定位精度更准确，从而实现快速定位，体现出相对优良的性能。球形电机的研究受到了国内外专家们的大量关注，并展开了广泛而深入的探索。随着相关理论技术的发展，制造电机的工艺水平的提高，电机制造材料性能的完善，球形电机的研究取得了更为显著的成果，球形电机的复杂运动得以实现。

对于永磁球形电机的控制，在对永磁球形电机的探索中起到了举足轻重的作用。对运动转子的位置实时而准确的检测，使得对球形电机上任意点进行定位与控制得以实现，这是转子运动控制的基础和球形电机稳定可靠运行的前提条件。要实现球形电机的闭环控制，位置检测是关键的一个环节，但是到目前为止，还没有一种切实可行的位置检测方案可以满足球形电机闭环控制的需求。

发明内容

本发明是为解决上述现有技术所存在的问题，提供一种基于光学传感器的永磁球形电机转子位置检测方法，为球形电机转子位置的精确控制提供基础。

本发明提供了一种基于光学传感器的永磁球形电机转子位置检测方法，本发明所述永磁球形电机包括电机底座9、球形电机定子外壳8、万向节7、呈两层分布在球形电机定子外壳8上的定子线圈5、嵌装在球形电机定子外壳8内的球形转子4，呈四层分布在球形转子4上的永磁体6，以及固定在球形转子4上的输出轴1,所述三自由度永磁球形电机能够在最大倾斜角37.5°内做自旋、倾斜运动；其特征是：

该永磁球形电机转子位置检测方法如下：

在所述球形转子的输出轴上固定设置半球形罩壳2，所述半球形罩壳2与球形转子4处在同心位置上，在所述球形电机定子外壳8上以Z轴为轴心，呈90°间隔的位置固定放置两个光学传感器，分别为第一光学传感器10和第二光学传感器3，对于运动的球形转子4，由所述两个光学传感器检测获得半球形罩壳2表面的位移信息，通过对该位移信息进行位置解算，得到半球形罩壳2运动的偏航角和俯仰角，对此偏航角和俯仰角进行解算，得到半球形罩壳2上P点的位置坐标，因球形转子4跟半球形罩壳2同轴同心，所以球形转子4和半球形罩壳2的偏航角和俯仰角相等，因而通过球形转子4半径与半球形罩壳2的半径之间的关系，即可求得球形转子4上S点的位置坐标。