[发明专利]一种基于霍尔元件的球形电机转子位置检测方法

摘要

本发明涉及一种基于霍尔元件的球形电机转子位置检测方法，包括：求解出整个转子球面的空间径向磁场矩阵；基于转子磁场的特性，利用椭圆拟合转子磁极周围磁场等高线；采用四个传感器单元的配置策略；采用可分为三步的由所有霍尔元件的径向磁场测量值计算转子位置的解算方法，首先判定当前测量状态下测量的磁极位置，然后，由于当前测量状态下使用的几个传感器不一定属于同一个传感器单元，将当前测量状态下使用的几个传感器定义为一个传感器组，确定该传感器组与相邻的传感器单元间的球坐标角度差，最后在已确定的磁极范围内进行划分，精确求解磁极中心与选中的传感器组的中心间的位置差，从而得出转子的位置。

主权项

1.一种基于霍尔元件的球形电机转子位置检测方法，转子球内共有8个磁极，包括如下步骤：(1)根据转子磁极的分布特点，利用旋转变换和线性叠加的原理，建立球形电机转子表面磁场表达式，然后利用磁场表达式，在整个球面范围内采样，求解出整个转子球面的空间径向磁场矩阵；(2)基于转子磁场的特性，利用椭圆拟合转子磁极周围磁场等高线：为利用拟合椭圆的特性，利用4个霍尔元件组成一个传感器单元，设定传感器单元的直径与磁极直径相等，且令各个霍尔元件间的距离l均相等，利用传感器单元与磁场拟合椭圆相交的几何特性，提出传感器单元与磁极之间的位置差的解算方法；(3)采用四个传感器单元的配置策略，其中第一传感器单元和第二传感器单元中心间的球坐标角度差为第三传感器单元与第四传感器中心间的球坐标角度差为第一传感器单元与第三传感器单元的中心间的球坐标角度差为Δθ₁₃＝55°,采用可分为三步的由所有霍尔元件的径向磁场测量值计算转子位置的解算方法，首先判定当前测量状态下测量的磁极位置，然后，由于当前测量状态下使用的几个传感器不一定属于同一个传感器单元，将当前测量状态下使用的几个传感器定义为一个传感器组，确定该传感器组与相邻的传感器单元间的球坐标角度差，最后在已确定的磁极范围内进行划分，精确求解磁极中心与选中的传感器组的中心间的位置差，从而得出转子的位置，转子的位置由当前测量状态下传感器组测量的磁极中心的球坐标角度θ_O,表示，如下式所示：其中，公式中的正负号在传感器组位于不同位置时会有所不同，由区域划分的具体情况决定，θ_M为当前测量状态下所使用的传感器组的中心处的纬度角，θ_H为两个霍尔元件间的距离对应的纬度角，θ_HO为任一测量用霍尔元件与磁极中心O处的纵向距离y_HO对应的纬度角；为当前测量状态下所使用的传感器组的中心处的经度角，为两个霍尔元件间的距离在磁极中心的纬度下对应的经度角，为任一测量用霍尔元件与磁极中心O处的横向距离x_HO在磁极中心的纬度下对应的经度角。