一种新型直流永磁球形电机位置检测方法研究

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1、电气传动2012年第42卷第12期ELECTRICDRIVE2O12Vo1．42No．12一种新型直流永磁球形电机位置检测方法的研究李丹，凌有铸，方愿捷，陈秀琴(1．安徽工程大学安徽省电气传动与控制重点实验室，安徽芜湖241001；2．天津电气传动设计研究所，天津300180)摘要：针对当前球形电机研制中遇到的定子和转子间接触摩擦力过大的问题，以及在转子三维位置检测中实时性和准确性难以实现的困难，提出一种被动3自由度球关节的设计思想，即可以采用双轴倾角传感器和旋转编码器分别检测出相应的角度，并通过分析计算，可以有效地确定转子永磁

2、体的位置。最后通过仿真结果可知，该方法可以实现对转子的位置检测。关键词：球形电机；双轴倾角传感器；旋转编码器；位置检测中图分类号：TM35文献标识码：ANewTypePositionDetectionMethodforDCPermanentMagnetSphericalMotorLIDan，LINGYou—zhu，FANGYuan—jie，CHENXiu—qin(1．AnhuiProvinceKeyLaboratoryofElectricDriveandControl，AnhuiPolytechnicUniversity，W““

3、241000，Anhui，China；2．TianjinDesign&ResearchInstituteofElectricDrive，Tianjin300180，China)Abstract：Aimingattheissuesincurrentresearchofsphericalmotorsuchastoomuchfrictionforcebe—tweenstatorandrotor，andhardlytOachievetimelinessandaccuracyinrotor3Dpositiondetection，adesi

4、gnconceptofthepassive3一DOFsphericaljointwaspresented．ThisconceptpointOutthatresearcherscouldfindtheanglesbydual—axistiltsensorandrotary—encoder，afteranalyzingandcalculaing，thepositionofpermanentmagnetrotoriseffectuallydetermind．Simulationanalysisshowthatrotorposition

5、detectioncanbeachievedbythisway．Keywords：sphericalmotor；dual～axistiltsensor；rotary—encoder；positiondetection支架测量系统来实现的。其检测原理为在与转子1引言相连的滑轨支架上安装了3个独立的增量式旋转近年来，球形电机的研究受到了广泛的重视，编码器，利用这3个编码器来获取转子的相关位究其原因在于它独特的球形结构可以在一定范围置信息，并通过一些运动学分析，得出相应的求解内的任意点处进行定位与控制。本文在分析多方法。虽然这种球电机

6、的工作空间较大，但仍存自由度电机发展现状与趋势的基础上，针对直在如下问题：一是位置检测机构不理想，如图1所流永磁球形电机位置检测进行了相关的分析和示的滑动导轨不仅外形庞大，而且在运动中的摩研究。擦力也较大，给驱动力矩增添了很大负担；二是转子和定子间的支撑方式不理想。这里，转子是通2球形电机位置检测研究的发展过几个滚珠轴承和定子相连接的。由于转子和定现状子间的摩擦力很大，运行一段时间后，机械磨损造美国佐治亚大学在研究球电机方面取得了卓成的位置精度下降是个严重的问题。有成效的成就_1]。他们对基于步进和变磁阻原最近几年，国内有关研究

7、人员对永磁球形电理的球形电机转子的位置检测，是采用一套滑轨机的位置检测进行了大量系统的研究[3j。针对基金项目：安徽省自然科学基金项目(11040606M115)作者简介：李丹(1986一)，男，硕士研究生，Email：lidanahpu@sina．com64电气传动2012年第42卷第12期李丹，等：一种新型直流永磁球形电机位置检测方法的研究这时球面上某一点运动后的位置，可仅用一组二3．4转子位置检测的算法实现维坐标表示。这种方法可以成功地将双轴倾角传先将a，，坐标转化为经纬度坐标。感器和旋转编码器检测到的a，，三维数据通过如

8、图5所示，设转子轴位于北极点时为初始一定的计算，转化为经纬度坐标的二维数据，最后位置。根据设计的电机结构，转子永磁体是位于再将其换算成传统的z，Y，三维空间坐标，以利球面赤道上，共8个，每个永磁体之间相隔45。。为于进一步的电机控制运算]。这样不仅可以较了便于分