随着航空航天、军事、工业智能化和仿生机器人等领域的迅速发展,对多自由度运动电机的需求变得愈加强烈,球形电机以其结构简单、体积较小且可实现转子的三自由度运动而引起了研究者的广泛关注,而若要实现球形电机的闭环控制,转子的位置检测必不可少。本文针对卫星姿态用永磁球形电机为研究对象,提出了一种利用霍尔元件测量的两自由度位置检测方法。其中转子有8个磁极,并交替分布在虚拟正六面体与球相接的顶点上,利用旋转变化和线性叠加的原理,以球谐函数的形式对转子的整体空间磁场进行表示。利用转子的整体空间磁场沿球坐标系分布的特点,可做出在任意磁场大小下的磁场等高线,通过磁场等高线的形状发现可利用椭圆近似拟合。然后,将4个霍尔元件组成传感器单元的形式,并根据传感器单元与磁场等高线几何相交的关系求解磁极与传感器单元之间的位置差。由于转子内存在多个磁极,一个传感器单元无法覆盖,提出了一种四个传感器单元的配置策略。由于现有四个传感器单元且转子内存在多个磁极,梳理出整体的测量步骤,先确定当前位置下使用的传感器单元测量的磁极位置以及当前位置下选用的传感器组的中心的所属类型,再在该区域范围内分别在经线方向和纬线方向上进行细分,以精确求解角度。然后,设计并制作一套转子位置检测系统,其中包括三轴转台和霍尔元件测量装置,三轴转台利用步进电机驱动转子旋转,通过设计霍尔元件测量装置中霍尔元件的放置位置,保证霍尔元件测量的磁场中只含径向分量。最后,根据给定的某一组角度轨迹,分别通过仿真和转子位置检测系统验证位置检测算法的有效性。此方法为后续位置检测方法的优化及球形电机的控制等研究打下了基础。