CN105914952B - 一种直线旋转两自由度永磁电机的位置检测方法 - Google Patents

一种直线旋转两自由度永磁电机的位置检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直线旋转两自由度永磁电机的位置检测方法，其步骤为：将直线旋转两自由度永磁电机的永磁体在圆周和轴向方向上均分成为若干小块；通过设置在定子上与动子轭相邻的一面的若干传感器检测动子在直线和旋转方向上的位移，进而实现直线旋转永磁电机的位置检测。本发明利用分块永磁体和线性霍尔传感器，实现了直线旋转永磁电机两自由度三种运动模式的位置检测，结构紧凑，体积小；采用传感器埋入定子的方式，安装简单，成本低，易于实现。

Description

一种直线旋转两自由度永磁电机的位置检测方法
技术领域
本发明涉及直线旋转两自由度永磁电机技术领域，尤其是一种直线旋转两自由度永磁电机的位置检测方法。
背景技术
电机在工业、国防及生活领域中有着举足轻重的作用。随着工业驱动系统复杂性的增加和驱动精度要求的提高，多自由度驱动的应用越来越广泛，如人类关节、机器手臂、高档机床、舰船推进、火炮转台、办公自动化、多坐标加工、卫星跟踪天线、电动陀螺仪等，尤其是一些精密装置对多自由度驱动的要求越来越迫切。直线旋转两自由度运动永磁电机是一种能够实现直线、旋转和螺旋运动的两自由度电机，在机械加工、数控机床、机器手臂等领域有着广泛的应用前景。
位置检测是直线旋转两自由度永磁电机实现三种运动的基础，虽然各种结构类型的直线旋转两自由度永磁电机不断的被提出，如螺旋式、组合式和集成式结构等，但是，其动子位置检测装置却常常使用两个自由度方向分开检测的方法，需要复杂的后续逻辑判断处理，增加了控制系统的复杂度，且难以实现电机整体结构的小型化。因此，研究直线旋转两自由度永磁电机的位置检测方法，对简化两自由度运动的控制程序，缩小整机体积具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种直线旋转两自由度永磁电机的位置检测方法，以简化两自由度方向的位置检测装置和逻辑判断，易于电机实现直线、旋转和螺旋运动的控制。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种直线旋转两自由度永磁电机的位置检测方法，其步骤为：将直线旋转两自由度永磁电机的永磁体在圆周和轴向方向上均分成为若干小块；通过设置在定子上与动子轭相邻的一面的若干个传感器检测动子在直线和旋转方向上的位移，进而实现直线旋转永磁电机的位置检测。
所述永磁体的圆周向极对数为p1，所述永磁体的轴向极对数为p2，永磁体的总个数为4*p1*p2个；每块永磁体在圆周方向分为n1小块，其中n1/2p1为整数；在轴向方向分为n2小块，其中n2/2p2为整数；总共的小块数为n1×n2块；所述沿圆周方向的n1块小块永磁体为一组，在轴向方向有n2组；所述沿轴向方向的n2块小块永磁体为一组，在圆周方向有n1组。
所述传感器为线性霍尔传感器；所述线性霍尔传感器在圆周方向的个数为2p1，沿轴向方向的个数为2p2。
所述线性霍尔传感器输出信号在后处理电路中均取其输出稳定绝对值信号。
所述线性霍尔传感器的安装位置满足：电机沿圆周方向运动时，线性霍尔传感器输出信号数为(2p1-1)*2个；电机沿轴向方向运动时，线性霍尔传感器输出信号数为(2p2-1)*2个。
有益效果：本发明提供的一种直线旋转两自由度永磁电机的位置检测方法，利用分块永磁体和线性霍尔传感器，实现了直线旋转永磁电机两自由度三种运动模式的位置检测，具有以下优点：
1、采用线性霍尔传感器，利用分块永磁体实现直线旋转永磁电机两自由度三运动模式的位置检测
2、将霍尔传感器埋入定子，安装简单，成本低，易于实现。
3、采用位置检测装置一体化的设计，结构紧凑，并减小了整体装置的体积。
附图说明
图1为本发明的实施例结构图；
图2为本发明实施例霍尔传感器与永磁体相对位置图。
图中：1为定子，2为绕组，3为永磁体，4为霍尔传感器，5为非导磁隔环，6为动子轭；4-X,(X＝1～14)为线性霍尔传感器。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步阐述：
一种直线旋转两自由度永磁电机的位置检测方法，在电机原有设计的基础上，将直线旋转两自由度永磁电机的永磁体在圆周和轴向方向上均分成为若干小块；通过设置在定子上与动子轭相邻的一面的若干个线性霍尔传感器检测动子在直线和旋转方向上的位移，进而实现动子位置检测。具体实施方法如下：
霍尔传感器在圆周方向的个数为2p1，沿轴向方向的个数为2p2；所述永磁体的圆周向极对数为p1，极弧系数为α1；所述永磁体的轴向极对数为p2，极弧系数为α2；永磁体的总个数为4*p1*p2个；每块所述的永磁体在圆周方向分为n1小块，其中n1/2p1为整数；在轴向方向分为n2小块，其中n2/2p2为整数；总共的小块数为n1×n2块。所述沿圆周方向的n1块小块永磁体为一组，在轴向方向有n2组；所述沿轴向方向的n2块小块永磁体为一组，在圆周方向有n1组。
线性霍尔传感器的安装位置满足：沿圆周方向运动时，线性霍尔传感器输出信号数为(2p1-1)*2个；沿轴向方向运动时，线性霍尔传感器输出信号数为(2p2-1)*2个。
下面通过一个具体的例子来说明：
实施例
本发明的一个实施例如图1所示，该实施例为集成式直线旋转永磁电机结构，该电机包括定子1，绕组2，永磁体3，非导磁隔环5，动子轭6，定子1上与动子轭6相邻的面上设置有若干个霍尔传感器4。沿圆周向为6极9槽结构，沿轴向为8极9槽结构。圆周方向上的霍尔传感器个数6，所述轴向方向上的霍尔传感器个数8。所述霍尔传感器安装位置与永磁体相对位置如图2所示。所述48块永磁体在圆周方向分别被分为18块，在轴向方向分别被分为32块。电机旋转运动时的霍尔传感器位置信号如表1所示；电机直线运动时的霍尔传感器位置信号如表2所示；电机螺旋运动时的霍尔传感器位置信号如表3所示。
表1沿圆周方向运动时霍尔传感器输出状态图
表2沿轴向方向运动时霍尔传感器输出状态图
表3旋距为45°螺旋运动时霍尔传感器的输出状态图
传感器 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 4-7 4-8 4-9 4-10 4-11 4-12 4-13 4-14
状态1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
状态2 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1
状态3 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0
状态4 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1
状态5 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0
状态6 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1
状态7 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0
状态8 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1
状态9 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0
状态10 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0
状态11 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0
状态12 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0
状态13 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0
状态14 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0
综上，本发明的直线旋转两自由度永磁电机的位置检测方法，利用分块永磁体和线性霍尔传感器，能够实现直线旋转永磁电机两自由度三种运动模式的位置检测。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种直线旋转两自由度永磁电机的位置检测方法，其特征在于：其步骤为：将直线旋转两自由度永磁电机的永磁体在圆周和轴向方向上均分成为若干小块；通过设置在定子上与动子轭相邻的一面的若干传感器检测动子在直线和旋转方向上的位移，进而实现直线旋转永磁电机的位置检测；
所述永磁体的圆周向极对数为p 1，所述永磁体的轴向极对数为p 2，永磁体的总个数为4*p 1*p 2个；每块永磁体在圆周方向分为n 1小块，其中n 1/2p 1为整数；在轴向方向分为n 2小块，其中n 2/2p 2为整数；总共的小块数为n 1×n 2块；所述沿圆周方向的n 1块小块永磁体为一组，在轴向方向有n 2组；所述沿轴向方向的n 2块小块永磁体为一组，在圆周方向有n 1组。
2.根据权利要求1所述的直线旋转两自由度永磁电机的位置检测方法，其特征在于：所述传感器为线性霍尔传感器；所述线性霍尔传感器在圆周方向的个数为2p 1，沿轴向方向的个数为2p 2。
3.根据权利要求2所述的直线旋转两自由度永磁电机的位置检测方法，其特征在于：所述线性霍尔传感器输出信号在后处理电路中均取其输出稳定绝对值信号。
4.根据权利要求2或3所述的直线旋转两自由度永磁电机的位置检测方法，其特征在于：所述线性霍尔传感器的安装位置满足：电机沿圆周方向运动时，线性霍尔传感器输出信号数为(2p 1-1)*2个；电机沿轴向方向运动时，线性霍尔传感器输出信号数为(2p 2-1)*2个。
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