[发明专利]一种球形电机、球形电机位置检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种球形电机、球形电机位置检测装置及方法，属于球形电机姿态检测技术领域。本发明以新型的球形电机即永磁球形步进电动机转子作为研究对象，利用无源无线的SAW压力传感器，将SAW传感器设置在球形电机的永磁体指向球面的一端，SAW传感器在球形电机转子与定子之间的曲面狭缝空间中完成测量任务，可以及时准确地找到球型电机转子的位置，实现成本低，具有很高的性价比。

技术领域

本发明涉及球形电机姿态检测技术领域，更具体地说，涉及一种球形电机、球形电机位置检测装置及方法。

背景技术

随着当代工业的不断发展，对电机的功能要求也相对提高，一些做复杂运动的特殊结构装置需要电机实现多自由度的运动。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，这样的装置一般结构复杂，体积庞大，安装困难，效率较低，并且各装置之间存在传动误差，各个误差累积起来会导致系统的精度下降，稳定性能差，无法达到一些高精度精密装置需满足的条件。在这样的情况下，球形电机应运而生。

球形电机实现了多个单自由度动力装置的集成，可以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。并且随着稀永磁材料性能的不断完善，永磁球形电机的出现，其体积小、装置轻、控制简单，更是受到了越来越多的青睐。

球形电机转子的位置检测作为电机不可缺少的反馈控制环节，其位置检测的分辨率直接影响到系统的控制精度，在电机控制系统中起到了至关重要的作用。因此位置检测技术也是当前球形电机研究的重点和关键性内容。

经检索，关于球形电机转子的位置检测，专利申请号为201711241998.4，申请日为2017年11月30日，公开了一种基于MEMS传感器的球形电机转子位置检测方法；该申请案首先采集MEMS传感器的原始数据。分别对角速度进行零偏误差补偿，对加速度和磁感应强度进行椭球拟合补偿。将补偿后的角速度、加速度和磁感应强度数据进行基于互补滤波的数据融合，并代入四元数微分方程中得到姿态更新四元数。由姿态更新四元数转换到欧拉角，并结合欧拉角在不同区间的变化特点，做出准确的区间转移判断，实现全角度范围变化的条件下欧拉角的转换。该申请案在将陀螺仪、加速度计进行数据处理后，基于四元数更新的姿态解算算法在经过全角度解算后可以较好地反应球机转子的位置变化，但该申请案获得球形电机转子位置变化的整个计算过程较复杂，实现成本较高，仍有待进一步改进。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明立足于球形电机的结构机理，选择永磁球形步进电动机作为研究对象，目的在于解决球型电机的位置检测，提供了一种球形电机、球形电机位置检测装置及方法；本发明可以及时准确地找到球型电机转子的位置。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种球形电机，包括转子、定子和永磁体，球形转子内部规则镶嵌多个永磁体，永磁体与定子产生吸附力，所述的永磁体指向球面的一端附着SAW传感器。

作为本发明更进一步地改进，所述的永磁体指向球面的一端为N极。

作为本发明更进一步地改进，所述的球形转子内部规则镶嵌n个永磁体，n的取值范围为70-90。

作为本发明更进一步地改进，所述的SAW传感器包括微带天线、微带线、柔性基底和SAW器件，微带线设置在柔性基底上，SAW器件通过微带线与微带天线相连。