永磁球形电机作为一种单台电机就可以实现三自由度运动的电机,在航空航天、军事以及工业自动化等领域具有广阔的应用前景。目前传统电机进行多自由度运动时需要多台电机通过复杂的机械结构配合来实现,而永磁球形电机在实现三自由度运动时,可以将机械系统的体积大大缩小。转子的位置检测是永磁球形电机闭环控制系统必不可少的环节,永磁球形电机作为一种新型电机结构,不能简单照搬传统电机的转子位置检测理论,本文提出一种基于霍尔传感器阵列的永磁球形电机转子检测方法。本文使用ANSOFT软件对永磁球形电机的转子磁场进行了有限元分析。考虑到转子磁场的分布特点,同时为了保证各个霍尔传感器在球面上均匀分布,本文采用了在地理研究中常用的球面四分三角模型来确定霍尔传感器的安装位置。模型剖分次数越多,传感器安装数量越多,测量精度也就越高,但是剖分次数过多会增加测量系统的复杂度,文中选择第三层次的剖分结果来确定霍尔传感器位置。根据球形电机转子磁场对称分布的特点,同时为了简化霍尔传感器数据采集电路的复杂度,所以仅在四分之一霍尔传感器支架的球面上放置霍尔传感器。文中采用zyz顺规的欧拉角来表示转子的姿态。根据球形电机转子磁场的特点,采用线性型霍尔传感器,通过设定阈值将传感器输出的数据转换为0-1信号。根据霍尔传感器的位置以及传感器阵列输出结果所对应的0-1信号计算出磁极坐标。计算旋转角度时,针对不同的旋转轴找到不同的平面,根据磁极坐标在平面上的投影计算出转子旋转的角度。针对多个采样时刻计算的角度相同的情况,文中采用寻找标志量的方法,计算出转子在旋转轴旋转时在各个采样时刻所对应的角度。为了验证本文所提转子位置检测方法的可行性,设计了一套永磁球形电机转子位置检测系统,包括三轴转台和霍尔传感器支架,通过控制三个步进电机的旋转实现转子的三自由度运动,利用霍尔传感器阵列测量转子磁场的径向分量。通过实验得到霍尔传感器的输出数据分别计算出转子的α、β和γ角,并将实验结果与参考结果进行比较,二者在一定的误差范围内具有良好的一致性,从而验证了本文所提出的转子位置检测方法的有效性。本文采用简单的霍尔传感器阵列计算出转子位置可以大大简化永磁球形电机的位置检测系统的体积以及算法的复杂程度。