一种Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量装置及方法，属于磁悬浮平面电机技术领域，其中，该装置包括：三组线性霍尔传感器组、Y型磁浮平面电机的定子和动子，其中，动子悬浮于定子上方的预设高度处，在定子上的三组励磁绕组线圈几何中心预设位置的下方设置三组线性霍尔传感器组，每组线性霍尔传感器组包含两个线性霍尔传感器，两个线性霍尔传感器的间距等同于动子中Halbach磁钢阵列中磁钢宽度，动子中每个Halbach磁钢阵列与其对应的线性霍尔传感器组相角相差90

【技术实现步骤摘要】
一种Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及磁悬浮平面电机
，特别涉及一种Y型动磁式磁浮平面电机的动子平面三自由度位置测量装置及方法。

技术介绍

[0002]磁悬浮平面电机在运行过程中需要实时测量当前动子位置以进行运动控制，这一测量过程包括传感器信号的采集和信号处理过程以及电机动子位置的解算过程，需要根据电机的运动性能指标选择合适的测量方法及测量装置。Y型磁浮平面电机具有运动范围小、结构和运动控制算法简单的特点，适用于磁浮运动平台的性能验证试验，其在一般应用场合中使用激光传感器或电涡流传感器等进行一个固定悬浮高度的闭环控制，在水平面上实现平动运动和小角度的中心旋转，因此选用的测量装置和测量方法需要实现平面内三自由度运动的实时位置测量。
[0003]因此，相关技术方案一公开了一种磁浮平面电机非接触六自由度定位装置及方法，该方法同时使用了激光干涉测量系统和电涡流传感器两种传感器，在磁浮平面电机的动子上建立笛卡尔坐标系，在所述的笛卡尔坐标系的X轴和Y轴方向上设置第一、第二两部激光干涉仪，在电机动子上设置与动子表面水平的反光镜和若干用于电涡流传感器测量的铝板。该方法将两种传感器的优势互补，但同时也引入了二者的不足，所使用的涡流传感器易受磁浮电机运行时产生的电磁场干扰，且激光干涉测量系统成本较高。相关技术方案二一公开了一种大面积磁浮平面电机动子的三自由度位置测量方法，该方法同时使用了绝对光栅和电涡流传感器，在X向和Y向设置了两个绝对光栅，在Y向设置了两个电涡流传感器，实现了大行程高精度动子位置测量，但是绝对光栅尺价格较高，且读数头需要安装在电机动子上，与电机动子具有直接接触，破坏了磁浮平面电机的动力学模型，另外同样也存在电涡流传感器的抗干扰性问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0005]为此，本专利技术的第一个目的在于提出一种Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量装置。
[0006]本专利技术的第二个目的在于提出一种Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量方法。
[0007]本专利技术的第三个目的在于提出一种基于Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量装置的运动控制系统。
[0008]为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量装置，包括：三组线性霍尔传感器组、Y型磁浮平面电机的定子和动子，其中，所述动子悬浮于所述定子上方的预设高度处，在所述定子上的三组励磁绕组线圈几何中心预设位置的下方设置所述三组线性霍尔传感器组，每组线性霍尔传感器组包含两个线性霍尔传
感器。
[0009]本专利技术实施例的Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量装置，在电机定子的励磁线圈下方设置了若干霍尔传感器，通过检测霍尔传感器上方由电机动子上磁钢阵列位置变化所引起的磁场分布变化对电机动子的位置进行测量，适用于Y型磁浮平面电机的动子所在水平面内的平动和旋转运动的测量，与采用光栅尺、激光干涉仪和电涡流传感器的测量方法相比，该装置结构简单，极大低降低了成本，且无需在电机动子上安装读数头、反射镜或铝板等附加装置，对平面电机的运动性能没有影响。
[0010]另外，根据本专利技术上述实施例的Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量装置还可以具有以下附加的技术特征：
[0011]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述两个线性霍尔传感器的间距等同于所述动子中Halbach磁钢阵列中磁钢宽度。
[0012]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述动子中每个Halbach磁钢阵列与其对应的线性霍尔传感器组相角相差90
°
。
[0013]为达到上述目的，本专利技术第二方面实施例提出了Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量方法，包括以下步骤：步骤S1，在所述Y型磁浮平面电机的定子中所有励磁线圈的下表面所在的平面建立平面直角坐标系，记为全局坐标系；步骤S2，将每一组位于所述Y型磁浮平面电机的动子上的Halbach磁钢阵列和定子中位于磁钢阵列下方对应位置的两个线性霍尔传感器作为一个测量单元；步骤S3，利用每个测量单元中的两个线性霍尔传感器获取三个输出电压；步骤S4，在每个测量单元内以磁钢阵列的下表面几何中心为原点建立平面直角坐标系，记为磁钢坐标系；步骤S5，分别对所述三个输出电压进行相除和反正切运算，再将反正切后的角度转化为三个位移测量数据，以构建状态模态；步骤S6，基于所述磁钢坐标系，确定所述全局坐标系下动子初始变化量与所述状态模态的映射关系，求解所述动子初始变化量。
[0014]本专利技术实施例的Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量方法，在电机定子的励磁线圈下方设置了若干霍尔传感器，通过检测霍尔传感器上方由电机动子上磁钢阵列位置变化所引起的磁场分布变化对电机动子的位置进行测量，适用于Y型磁浮平面电机的动子所在水平面内的平动和旋转运动的测量，与采用光栅尺、激光干涉仪和电涡流传感器的测量方法相比，该装置结构简单，极大低降低了成本，且无需在电机动子上安装读数头、反射镜或铝板等附加装置，对平面电机的运动性能没有影响。
[0015]另外，根据本专利技术上述实施例的Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量方法还可以具有以下附加的技术特征：
[0016]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S3中每个测量单元中两个线性霍尔传感器的输出电压的求解公式：
[0017]u
a
＝U sin(θ)
[0018]u
b
＝U cos(θ)
[0019]其中，u
a
、u
b
分别为每个测量单元中两正交霍尔传感器的输出电压，U为电机动子在指定高度的平面中平动运动过程中，相对于无电机动子的情况，所采用的线性霍尔传感器输出电压变化的最大值，θ为磁钢阵列相角。
[0020]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S5的具体求解过程为：
[0021][0022][0023]其中，u
a
、u
b
分别为每个测量单元中两正交霍尔传感器的输出电压，θ为磁钢阵列相角，τ
n
为磁钢阵列半极距，x为所述测量单元的输出。
[0024]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S6中所述全局坐标系下动子初始变化量与所述状态模态的映射关系为：
[0025][0026][0027][0028]其中，[α,x,y]为全局坐标系下动子初始变化量，[s1,s2,s3]为状态模态，x
A
、x
B
、x
C
、y
A
为全局坐标系下三个磁钢坐标系的原点坐标，τ为电机动子中使用的磁钢阵列的半极距，为任一测量单元中磁钢坐标系下的初始测量相位。
[0029]为达到上述目的，本专利技术第三方面实施例提出了基于Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量装置的运动控制系统，包括：Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量装置，其特征在于，包括：三组线性霍尔传感器组、Y型磁浮平面电机的定子和动子，其中，所述动子悬浮于所述定子上方的预设高度处，在所述定子上的三组励磁绕组线圈几何中心预设位置的下方设置所述三组线性霍尔传感器组，每组线性霍尔传感器组包含两个线性霍尔传感器。2.根据权利要求1所述的Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量装置，其特征在于，所述两个线性霍尔传感器的间距等同于所述动子中Halbach磁钢阵列中磁钢宽度。3.根据权利要求1所述的Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量装置，其特征在于，所述动子中每个Halbach磁钢阵列与其对应的线性霍尔传感器组相角相差90
°
。4.一种Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量方法，其特征在于，基于上述权利要求1
‑
3中任一项所述的Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量装置，包括以下步骤：步骤S1，在所述Y型磁浮平面电机的定子中所有励磁线圈的下表面所在的平面建立平面直角坐标系，记为全局坐标系；步骤S2，将每一组位于所述Y型磁浮平面电机的动子上的Halbach磁钢阵列和定子中位于磁钢阵列下方对应位置的两个线性霍尔传感器作为一个测量单元；步骤S3，利用每个测量单元中的两个线性霍尔传感器获取三个输出电压；步骤S4，在每个测量单元内以磁钢阵列的下表面几何中心为原点建立平面直角坐标系，记为磁钢坐标系；步骤S5，分别对所述三个输出电压进行相除和反正切运算，再将反正切后的角度转化为三个位移测量数据，以构建状态模态；步骤S6，基于所述磁钢坐标系，确定所述全局坐标系下动子初始变化量与所述状态模态的映射关系，求解所述动子初始变化量。5.根据权利要求4所述的Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量方法，其特征在于，所述步骤S3中每个测量单元中两个线性霍尔传感器的输出电压的求解公式：u
a
＝U sin(θ)u
b
＝U cos(θ)其中，u
a
、u
b
分别为每个测量单元中两正交霍尔传感器的输出电压，U为电...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉明，樊春光，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：