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）

1 引言

近年来，球形电机的研究受到了广泛的重视，究其原因在于它独特的球形结构可以在一定范围内的任意点处进行定位与控制。本文在分析多自由度电机发展现状与趋势的基础上，针对直流永磁球形电机位置检测进行了相关的分析和研究。

2 球形电机位置检测研究的发展现状

美国佐治亚大学在研究球电机方面取得了卓有成效的成就［1-2］。他们对基于步进和变磁阻原理的球形电机转子的位置检测，是采用一套滑轨支架测量系统来实现的。其检测原理为在与转子相连的滑轨支架上安装了3个独立的增量式旋转编码器，利用这3个编码器来获取转子的相关位置信息，并通过一些运动学分析，得出相应的求解方法。虽然这种球电机的工作空间较大，但仍存在如下问题：一是位置检测机构不理想，如图1所示的滑动导轨不仅外形庞大，而且在运动中的摩擦力也较大，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，转子是通过几个滚珠轴承和定子相连接的。由于转子和定子间的摩擦力很大，运行一段时间后，机械磨损造成的位置精度下降是个严重的问题。

图1 滑轨支架测量系统Fig.1 Slide bracket detection system

最近几年，国内有关研究人员对永磁球形电机的位置检测进行了大量系统的研究［3-5］。针对电机转子的位置检测，采取了在转子球面上按随机编码规则确定黑、白两种颜色，采用光电传感器对转子上的颜色进行识别，并由此推理计算出转子当前所处的空间位置。……