基于压力传感器的永磁球形电机摩擦转矩检测*

李文爽，李国丽，3，王群京，周 睿，3，李浩霖

（1.安徽大学电气工程与自动化学院，安徽 合肥 230601；2.安徽大学高节能电机及控制技术国家地方联合实验室，安徽 合肥 230601；3.安徽大学工业节电与用电安全安徽重点实验室，安徽 合肥 230601）

0 引 言

随着工业自动化和机器人技术的飞速发展，能够在三维空间中实现多自由度运动的球形电机得到了广泛关注［1，2］。球形电机的转矩模型是其运动规划与通电控制研究的基础。学者们先后将球谐函数法、麦克斯韦张量法以及洛伦兹力法［3，4］等应用在球形电机转矩解析建模中，通过对比解析模型计算与有限元仿真结果，证明了转矩建模方法的正确性。

目前，球形电机的转矩模型仅应用于空载条件下。文献［5］比较了基于微机电系统（MEMS）传感器的球形电机空载转矩测量结果与仿真数据，发现测量得到的空载输出转矩与仿真电磁转矩存在较大误差，究其原因是存在摩擦干扰项。摩擦干扰不仅影响输出转矩的测量，另一方面也使得球形电机的运动控制精度难以得到有效提升。随着永磁球形电机控制算法与位置检测技术的不断发展［6，7］，球形电机运动控制的研究也在不断深入［8～10］，但是目前还没有完整的理论来定量分析转子所承受的摩擦转矩，永磁球形电机的摩擦转矩研究尚处在初期阶段。文献［5］为进一步研究摩擦转矩对空载输出转矩的影响，采用数字拉力计对转子处于初始位置时的最大静摩擦力进行简单的测量，用静摩擦力代替动摩擦力计算摩擦转矩以修正测量精度，但效果不佳。……