[發(fā)明專利]一種球形電機(jī)多自由度姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110914438.0
• 申請(qǐng)日: 2021-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN113726099B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白坤;李習(xí)銀;李孟軻;丁耀武;唐明章;闕子歆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K11/215
• 分類號(hào): H02K11/215
• 代理公司: 武漢華之喻知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 李君;廖盈春

1.一種球形電機(jī)多自由度姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括：傳感器固定模塊、霍爾傳感器、測(cè)量磁鐵和球關(guān)節(jié)；

所述霍爾傳感器安裝在傳感器固定模塊；其分為兩組，每組有若干個(gè)，組間對(duì)應(yīng)的兩霍爾傳感器關(guān)于所述球關(guān)節(jié)中心對(duì)稱分布，采用差分方式抵消干擾磁場(chǎng)的影響；所述球關(guān)節(jié)支持繞三軸轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述球形電機(jī)包括定子、定子線圈、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子永磁體和輸出軸；最外層的轉(zhuǎn)子和/或定子呈球形；所述定子線圈與所述轉(zhuǎn)子永磁體關(guān)于所述球關(guān)節(jié)中心對(duì)稱分布；所述輸出軸、所述轉(zhuǎn)子與所述球關(guān)節(jié)固連；關(guān)于所述球關(guān)節(jié)中心對(duì)稱分布的兩所述轉(zhuǎn)子永磁體為一組，則同組的兩所述轉(zhuǎn)子永磁體的充磁方向相同，相鄰兩組的所述轉(zhuǎn)子永磁體充磁方向相反；所述測(cè)量磁鐵的磁化方向與所述輸出軸垂直；其中，干擾磁場(chǎng)為轉(zhuǎn)子永磁體和線圈共同作用在霍爾傳感器上產(chǎn)生的磁場(chǎng)；

所述轉(zhuǎn)子用于在所述轉(zhuǎn)子永磁體與所述定子線圈之間的力矩驅(qū)動(dòng)下三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)；所述測(cè)量磁鐵用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生姿態(tài)變化，進(jìn)而影響所述霍爾傳感器處的測(cè)量磁場(chǎng)值發(fā)生變化；所述霍爾傳感器處的測(cè)量磁場(chǎng)值為所述輸出軸自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)在所述霍爾傳感器處的磁場(chǎng)值；所述霍爾傳感器用于采集其所在位置的測(cè)量磁場(chǎng)值；所述磁場(chǎng)值用于實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)子永磁體的姿態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形電機(jī)多自由度姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述球形電機(jī)的轉(zhuǎn)子與所述定子同心設(shè)置，所述定子位于所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)；所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面設(shè)置有所述轉(zhuǎn)子永磁體；在所述定子的外表面設(shè)置有所述定子線圈；所述輸出軸貫穿所述球關(guān)節(jié)，與所述測(cè)量磁鐵固連。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的球形電機(jī)多自由度姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述定子線圈均勻分布于所述定子外表面，且所述轉(zhuǎn)子永磁體均勻分布于所述轉(zhuǎn)子內(nèi)表面。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形電機(jī)多自由度姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器固定模塊為PCB。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形電機(jī)多自由度姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量磁鐵的形狀為圓柱形磁鐵、方形磁鐵或者球形磁鐵。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的球形電機(jī)多自由度姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述霍爾傳感器為三軸霍爾傳感器。

7.基于權(quán)利要求1所述的球形電機(jī)多自由度姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟：

轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子永磁體與定子線圈之間的力矩驅(qū)動(dòng)下發(fā)生三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)；

測(cè)量磁鐵在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的作用下發(fā)生姿態(tài)變化，進(jìn)而使由輸出軸自轉(zhuǎn)引起的磁場(chǎng)分布發(fā)生變化；

采用對(duì)稱分布的霍爾傳感器，利用差分方式抵消干擾磁場(chǎng)，且采集其所在位置的測(cè)量磁場(chǎng)值，實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)子的姿態(tài)。