[发明专利]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

权利要求书

1.一种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Y型磁浮平面电机动子的三自由度位置测量装置，所述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，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，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°，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。

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＝Usin(θ)

u_b＝Ucos(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。

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方法，其特征在于，所述步骤S5的具体求解过程为：

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。

4.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方法，其特征在于，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：

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，P_H1为任一测量单元中磁钢坐标系下的初始测量相位。