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一种球形电机、球形电机位置检测装置及方法制造方法及图纸

技术编号:19750506 阅读:90 留言:0更新日期:2018-12-12 05:38
本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种球形电机、球形电机位置检测装置及方法
本专利技术涉及球形电机姿态检测
,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。
技术介绍
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。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术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;本专利技术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,本专利技术提供的技术方案为:本专利技术的一种球形电机,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。作为本专利技术更进一步地改进,所述的永磁体指向球面的一端为N极。作为本专利技术更进一步地改进,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。作为本专利技术更进一步地改进,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。本专利技术的一种球形电机位置检测装置,包括传感器端和查询端,所述的传感器端包括多个SAW传感器,该SAW传感器设置在所述的球形电机的永磁体指向球面的一端;所述的查询端包括带有频率收发射天线的信号发生器、上位机和频谱分析仪,频率收发射天线连接信号发生器和频谱分析仪,信号发生器和频谱分析仪均与上位机相连;查询端通过频率收发射天线接收传感器端的频率信号,频谱分析仪发送查询端的控制信息。作为本专利技术更进一步地改进,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,永磁体上的SAW传感器按照顺序进行编号。作为本专利技术球形电机位置检测装置更进一步地改进,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。本专利技术的一种球形电机位置检测方法,球形电机定子上的线圈通电,SAW传感器通过射频进行无源无线传输数据,根据永磁体与定子间的吸附力向外发射不同频率的信号,频率收发器接收该信号,经频谱分析仪传送到上位机进行分析,通过分析得出各个永磁体所受压力情况,进而确定永磁体的排列情况,从而确定了转子位置。3.有益效果采用本专利技术提供的技术方案,与已有的公知技术相比,具有如下显著效果:(1)本专利技术的一种球形电机位置检测装置,其在球形电机的永磁体指向球面的一端附着声表面波SAW传感器,声表面波SAW传感器在受到外界压力的作用时,其压电基片上声表面波的波长和波速会发生变化,速度和波长的变化最终导致了SAW传感器中心频率偏移,输出频率也随之改变,输出频率的变化与小应变之间是线性关系,利用该线性关系即可测量所施加的外力的大小,确定与定子接触的永磁体的排列情况,最终确定唯一的与定子吸附的转子区域,可以及时准确地找到球型电机转子的位置;(2)本专利技术的一种球形电机位置检测装置,将SAW器件应用到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,检测球形电机的位置,实现了狭缝空间等极端环境中物理量的测量;(3)本专利技术的一种球形电机位置检测装置,对于球型电机的位置检测选择无源无线的天线耦合型传感器器件----声表面波SAW传感器,其中天线耦合方式采用天线接收空间中的电磁波能量,该能量高效地转化成其他形式能量,最终又转化成电能经过天线发射出去,实现了无线信号传输;(4)本专利技术的一种球形电机位置检测装置,按照一定的顺序对永磁体上的SAW传感器进行编号,即从01开始到n结束,如此可方便后期确定是哪一些永磁体与定子产生吸附力,进而更便于及时准确地找到球型电机转子的位置;(5)本专利技术的一种球形电机位置检测装置,使用检测器件少,实现成本低,也非常便于控制,具有很高的性价比。附图说明图1为本专利技术所使用的永磁球形步进电动机的模型图;图2为本专利技术所使用的永磁球形步进电动机转子的结构示意图;图3为本专利技术所使用的SAW传感器的结构示意图;图4为本专利技术中SAW压力传感器放置位置示意图;图5为本专利技术的球形电机位置检测装置中查询端的示意图;图6为本专利技术的球形电机位置检测装置中传感器端的示意图;图7为本专利技术中SAW压力传感器压力敏感流程图;图8中的(a)为本专利技术球形电机在某一位置的示意图;图8中的(b)为在该位置下永磁体的编号图;图9中的(a)为本专利技术球形电机在另一位置的示意图;图9中的(b)为在该位置下永磁体的编号图。示意图中的标号说明:1、转子;2、定子;3、永磁体;4、天线;5、叉指换能器;6、压电基片;7、SAW传感器;8、频率收发射天线;9、信号发生器;10、上位机;11、频谱分析仪;12、频率收发射天线;13、微带天线;14、微带线;15、柔性基底;16、SAW器件。具体实施方式为进一步了解本专利技术的内容,结合附图和实施例对本专利技术作详细描述。实施例1本实施例的一种球形电机位置检测装置,以永磁球形步进电动机转子作为研究对象,以无源无线的声表面波(SurfaceAcousticWave,SAW)传感技术做成SAW压力传感器件作为传感器。图1给出了本实施例所使用的永磁球形步进电动机模型图,图2给出了本实施例永磁球形步进电动机转子结构图。如图1、图2所示,本实施例中球形电机包括转子1和定子2,转子1是球形的,在球形转本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种球形电机,包括转子(1)、定子(2)和永磁体(3),其特征在于:球形转子(1)内部规则镶嵌多个永磁体(3),永磁体(3)与定子(2)产生吸附力,所述的永磁体(3)指向球面的一端附着SAW传感器(7)。

【技术特征摘要】
1.一种球形电机,包括转子(1)、定子(2)和永磁体(3),其特征在于:球形转子(1)内部规则镶嵌多个永磁体(3),永磁体(3)与定子(2)产生吸附力,所述的永磁体(3)指向球面的一端附着SAW传感器(7)。2.根据权利要求1所述的一种球形电机,其特征在于:所述的永磁体(3)指向球面的一端为N极。3.根据权利要求1或2所述的一种球形电机,其特征在于:所述的球形转子(1)内部规则镶嵌n个永磁体(3)。4.根据权利要求3所述的一种球形电机,其特征在于:所述的球形转子(1)内部规则镶嵌70-90个永磁体(3)。5.根据权利要求3所述的一种球形电机,其特征在于:所述的SAW传感器(7)包括微带天线(13)、微带线(14)、柔性基底(15)和SAW器件(16),微带线(14)设置在柔性基底(15)上,SAW器件(16)通过微带线(14)与微带天线(13)相连。6.一种球形电机位置检测装置,其特征在于:包括传感器端和查询端,所述的传感器端包括多个SAW传感器(7),该SAW传感器(7)设置在如权利要求1所述的球形电机的永磁体(3)指向球面的一端;所述的查询端包括带有频率收发射天线的信号发生器(9)、上位机(10)和频谱分析仪(11),频率收发射天线连接信号发生器(9)和...

【专利技术属性】
技术研发人员:李国丽王群京李绍铭程梅闫成忍
申请(专利权)人:安徽大学
类型:发明
国别省市:安徽,34

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