[发明专利]一种球形电机多自由度姿态测量系统及方法

权利要求书

1.一种球形电机多自由度姿态测量系统，其特征在于，包括：传感器固定模块、霍尔传感器、测量磁铁和球关节；

所述霍尔传感器安装在传感器固定模块；其分为两组，每组有若干个，组间对应的两霍尔传感器关于所述球关节中心对称分布，采用差分方式抵消干扰磁场的影响；所述球关节支持绕三轴转动；

所述球形电机包括定子、定子线圈、转子、转子永磁体和输出轴；最外层的转子和/或定子呈球形；所述定子线圈与所述转子永磁体关于所述球关节中心对称分布；所述输出轴、所述转子与所述球关节固连；关于所述球关节中心对称分布的两所述转子永磁体为一组，则同组的两所述转子永磁体的充磁方向相同，相邻两组的所述转子永磁体充磁方向相反；所述测量磁铁的磁化方向与所述输出轴垂直；其中，干扰磁场为转子永磁体和线圈共同作用在霍尔传感器上产生的磁场；

所述转子用于在所述转子永磁体与所述定子线圈之间的力矩驱动下三自由度转动；所述测量磁铁用于根据所述转子的转动发生姿态变化，进而影响所述霍尔传感器处的测量磁场值发生变化；所述霍尔传感器处的测量磁场值为所述输出轴自转产生的磁场在所述霍尔传感器处的磁场值；所述霍尔传感器用于采集其所在位置的测量磁场值；所述磁场值用于实时计算转子永磁体的姿态。

2.根据权利要求1所述的球形电机多自由度姿态测量系统，其特征在于，所述球形电机的转子与所述定子同心设置，所述定子位于所述转子的内侧；所述转子的内表面设置有所述转子永磁体；在所述定子的外表面设置有所述定子线圈；所述输出轴贯穿所述球关节，与所述测量磁铁固连。

3.根据权利要求1或2所述的球形电机多自由度姿态测量系统，其特征在于，所述定子线圈均匀分布于所述定子外表面，且所述转子永磁体均匀分布于所述转子内表面。

4.根据权利要求1所述的球形电机多自由度姿态测量系统，其特征在于，所述传感器固定模块为PCB。

5.根据权利要求1所述的球形电机多自由度姿态测量系统，其特征在于，所述测量磁铁的形状为圆柱形磁铁、方形磁铁或者球形磁铁。

6.根据权利要求1或2所述的球形电机多自由度姿态测量系统，其特征在于，所述霍尔传感器为三轴霍尔传感器。

7.基于权利要求1所述的球形电机多自由度姿态测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

转子在转子永磁体与定子线圈之间的力矩驱动下发生三自由度转动；

测量磁铁在转子转动的作用下发生姿态变化，进而使由输出轴自转引起的磁场分布发生变化；

采用对称分布的霍尔传感器，利用差分方式抵消干扰磁场，且采集其所在位置的测量磁场值，实时计算转子的姿态。