空心杯电枢永磁式电流伺服电机的控制方法和系统与流程

1.本发明涉及电动机驱动控制的技术领域，特别涉及空心杯电枢永磁式电流伺服电机的控制方法和系统。


背景技术：

2.空心杯电枢永磁式电流伺服电机的电枢是通过漆包线绕制而成，其具有体积小、响应速度快、效率高和电磁干扰小等特点，其广泛应用于电动牙刷等民用产品中。空心杯电枢永磁式电流伺服电机用于电动牙刷主要是用于驱动刷头运动，从而实现相应的牙齿清洗效果。电动牙刷的体积通常较小，这使得空心杯电枢永磁式电流伺服电机需要在安装在较小空间内，并当电动牙刷的握持方向不正确时，电机将无法正常驱动刷头运动，以及电机在驱动刷头运动的过程中也要考虑电机输出的驱动力矩是否足以正常驱动刷头在牙齿表面进行刷动。可见，空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中，特别是设置在电动牙刷内部空心杯电枢永磁式电流伺服电机，需要充分考虑电机朝向、电机输出力矩和电机散热性能对电机运行状态的影响。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的缺陷，本发明提供空心杯电枢永磁式电流伺服电机的控制方法和系统，其通过采集与分析电机的位姿信息，确定电机的朝向，以此调整电机的工作开关状态；以及通过比对电机的输出力矩与外界阻碍力矩的大小，以此调整对电机施加的直流驱动电压大小；并且还通过采集电机电枢绕组的工作温度，改变对电机进行散热的半导体制冷片的制冷状态，这样能够保证电机只有在处于预设朝向的情况下才能正常运行，从而避免电机发生误触发运行，此外还通过调整直流驱动电压来保证电机在任意外界阻碍力作用下依然能够正常顺畅地运作，同时能够根据电机的工作温度高低情况，适应性地调整制冷部件的制冷效率，从而有效地提高电机的散热性能。
4.本发明提供空心杯电枢永磁式电流伺服电机的控制方法，其特征在于，其包括如下步骤：
5.步骤s1，采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的位姿信息；分析所述位姿信息，确定电机当前的朝向；再根据电机当前的朝向，调整电机的工作开关状态；
6.步骤s2，采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的电机输出功率；根据所述电机输出功率，确定电机当前的输出力矩；同时采集电机对应的电机动力输出轴连接的负载在动作过程中受到的外界阻碍力矩，根据所述输出力矩与所述外界阻碍力矩之间的大小，调整对电机施加的直流驱动电压大小；
7.步骤s3，采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中电枢绕组的工作温度；分析所述工作温度，以此确定电机当前是否处于超负荷工作状态；当确定电机处于超负荷工作状态时，根据所述工作温度，调整对电机进行散热的半导体制冷片的制冷状态；
8.进一步，在所述步骤s1中，采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的
位姿信息；分析所述位姿信息，确定电机当前的朝向；再根据电机当前的朝向，调整电机的工作开关状态具体包括：
9.步骤s101，采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中电机动力输出轴的三轴加速度；根据所述三轴加速度，确定电机动力输出轴当前在三维空间上的俯仰位姿角度和偏航位姿角度；
10.步骤s102，将所述俯仰位姿角度与第一预设位姿角度范围进行比对，以及将所述偏航位姿角度与第二预设位姿角度范围进行比对；若所述俯仰位姿角度位于第一预设位姿角度范围内和所述偏航位姿角度位于第二预设位姿角度范围内，则确定电机动力输出轴当前处于第一朝向；否则，确定电机动力输出轴当前处于第二朝向；其中，第一朝向包括向上朝向或者水平朝向，第二朝向包括向下朝向；
11.步骤s103，当电机动力输出轴当前处于第一朝向时，保持电机当前的运行状态不变；当电机动力输出轴当前处于第二朝向时，停止向电机进行供电，从而使电机停止运行；
12.进一步，在所述步骤s2中，采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的电机输出功率；根据所述电机输出功率，确定电机当前的输出力矩；同时采集电机对应的电机动力输出轴连接的负载在动作过程中受到的外界阻碍力矩，根据所述输出力矩与所述外界阻碍力矩之间的大小，调整对电机施加的直流驱动电压大小具体包括：
13.步骤s201，采集电机在运行过程中的电机输出功率p，并结合电机的运行转速n，确定电机在运行过程中的电机输出力矩t1，其中t1＝9550*p/n；
14.步骤s202，采集电机动力输出轴连接的负载在动作过程中受到外界作用下对应的阻碍力f，并结合负载的重心与电机动力输出轴的顶端位置处之间的距离l，确定负载在动作过程中受到的外界阻碍力矩t2，其中t2＝f*l；
15.步骤s203，将所述电机输出力矩t1与所述外界阻碍力矩t2进行比对；当所述电机输出力矩t1大于或等于所述外界阻碍力矩t2，则保持当前对电机施加的直流驱动电压大小不变；当所述电机输出力矩t1小于所述外界阻碍力矩t2，则增大对电机施加的直流驱动电压；
16.进一步，在所述步骤s3中，采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中电枢绕组的工作温度；分析所述工作温度，以此确定电机当前是否处于超负荷工作状态；当确定电机处于超负荷工作状态时，根据所述工作温度，调整对电机进行散热的半导体制冷片的制冷状态具体包括：
17.步骤s301，在电机在运行过程中的预设长度时间段内，连续采集电枢绕组的工作温度，从而得到电枢绕组的工作温度变化信息；
18.步骤s302，分析所述工作温度变化信息，以此确定在工作温度采集期间，采集得到的工作温度超过预设温度阈值对应的总持续时间；将所述总持续时间与预设时间阈值进行比对，若所述总持续时间超过预设时间阈值，则确定电机当前处于超负荷工作状态，否则，确定电机当前不处于超负荷工作状态；
19.步骤s303，当确定电机处于超负荷工作状态时，根据电枢绕组的工作温度变化信息，确定电枢绕组的工作温度变化速率；根据所述工作温度变化速率，增加或者减小对电机进行散热的半导体制冷片的制冷功率和/或制冷面积；
20.进一步，在所述步骤s303中，根据所述工作温度变化速率，增加或者减小对电机进
行散热的半导体制冷片的制冷功率和/或制冷面积具体包括：
21.步骤s3031，利用下面公式(1)，根据所述工作温度变化速率，得到电枢绕组内部的温度变化量，
[0022][0023]
在上述公式(1)中，δt表示在单位时间间隔δt内电枢绕组内部的温度变化量；t'(t)表示t时刻对应的工作温度变化速率；t
n
表示当前时刻；δt表示单位时间间隔；
[0024]
步骤s3032，若调整对电机进行散热的半导体制冷片的制冷功率，则利用下面公式(2)并结合电枢绕组内部的温度变化量δt进行解算，确定半导体制冷片的制冷功率的功率调整值δp，
[0025][0026]
在上述公式(2)中，p表示半导体制冷片进行功率调节前的制冷功率；u表示半导体制冷片的工作电压；τ表示半导体制冷片对应的帕尔贴系数；σ表示半导体制冷片的电导率；l表示半导体制冷片在电流传输方向上的长度；s表示半导体制冷片的制冷面积；k表示半导体制冷片的热导率；β表示半导体制冷片的复合汤姆逊系数；q表示电枢绕组当前的功率；当功率调整值δp小于0，则将半导体制冷片的制冷功率减小∣δp∣、∣∣表示取绝对值；当功率调整值δp大于0，则将半导体制冷片的制冷功率增大∣δp∣、∣∣表示取绝对值；
[0027]
步骤s3033，若调整对电机进行散热的半导体制冷片的制冷面积，则利用下面公式(3)并结合电枢绕组内部的温度变化量δt进行解算，确定半导体制冷片的制冷面积的面积调整值δs，
[0028][0029]
在上述公式(3)中，i表示半导体制冷片的工作电流；τ表示半导体制冷片对应的帕尔贴系数；σ表示半导体制冷片的电导率；l表示半导体制冷片在电流传输方向上的长度；s表示半导体制冷片当前的制冷面积；k表示半导体制冷片的热导率；β表示半导体制冷片的复合汤姆逊系数；q表示电枢绕组当前的功率；当面积调整值δs小于0，则将半导体制冷片的制冷面积减小∣δs∣、∣∣表示取绝对值；当面积调整值δp大于0，则将半导体制冷片的制冷面积增大∣δs∣、∣∣表示取绝对值。
[0030]
本发明还提供空心杯电枢永磁式电流伺服电机的控制系统，包括位姿信息采集与分析模块、电机开关控制模块、电机驱动电压调整模块、工作温度采集与分析模块和制冷调整模块；其中，
[0031]
所述位姿信息采集与分析模块用于采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的位姿信息；分析所述位姿信息，确定电机当前的朝向；
[0032]
所述电机开关控制模块用于根据电机当前的朝向，调整电机的工作开关状态；
[0033]
所述电机驱动电压调整模块用于采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的电机输出功率；根据所述电机输出功率，确定电机当前的输出力矩；同时采集电机对
应的电机动力输出轴连接的负载在动作过程中受到的外界阻碍力矩，根据所述输出力矩与所述外界阻碍力矩之间的大小，调整对电机施加的直流驱动电压大小；
[0034]
所述工作温度采集与分析模块用于采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中电枢绕组的工作温度；分析所述工作温度，以此确定电机当前是否处于超负荷工作状态；
[0035]
所述制冷调整模块用于当确定电机处于超负荷工作状态时，根据所述工作温度，调整对电机进行散热的半导体制冷片的制冷状态；
[0036]
进一步，所述位姿信息采集与分析模块用于采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的位姿信息；分析所述位姿信息，确定电机当前的朝向具体包括：
[0037]
采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中电机动力输出轴的三轴加速度；根据所述三轴加速度，确定电机动力输出轴当前在三维空间上的俯仰位姿角度和偏航位姿角度；
[0038]
再将所述俯仰位姿角度与第一预设位姿角度范围进行比对，以及将所述偏航位姿角度与第二预设位姿角度范围进行比对；若所述俯仰位姿角度位于第一预设位姿角度范围内和所述偏航位姿角度位于第二预设位姿角度范围内，则确定电机动力输出轴当前处于第一朝向；否则，确定电机动力输出轴当前处于第二朝向；其中，第一朝向包括向上朝向或者水平朝向，第二朝向包括向下朝向；
[0039]
以及，
[0040]
所述电机开关控制模块用于根据电机当前的朝向，调整电机的工作开关状态具体包括：
[0041]
当电机动力输出轴当前处于第一朝向时，保持电机当前的运行状态不变；当电机动力输出轴当前处于第二朝向时，停止向电机进行供电，从而使电机停止运行；
[0042]
进一步，所述电机驱动电压调整模块用于采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的电机输出功率；根据所述电机输出功率，确定电机当前的输出力矩；同时采集电机对应的电机动力输出轴连接的负载在动作过程中受到的外界阻碍力矩，根据所述输出力矩与所述外界阻碍力矩之间的大小，调整对电机施加的直流驱动电压大小具体包括：
[0043]
采集电机在运行过程中的电机输出功率p，并结合电机的运行转速n，确定电机在运行过程中的电机输出力矩t1，其中t1＝9550*p/n；
[0044]
再采集电机动力输出轴连接的负载在动作过程中受到外界作用下对应的阻碍力f，并结合负载的重心与电机动力输出轴的顶端位置处之间的距离l，确定负载在动作过程中受到的外界阻碍力矩t2，其中t2＝f*l；
[0045]
将所述电机输出力矩t1与所述外界阻碍力矩t2进行比对；当所述电机输出力矩t1大于或等于所述外界阻碍力矩t2，则保持当前对电机施加的直流驱动电压大小不变；当所述电机输出力矩t1小于所述外界阻碍力矩t2，则增大对电机施加的直流驱动电压；
[0046]
进一步，所述工作温度采集与分析模块用于采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中电枢绕组的工作温度；分析所述工作温度，以此确定电机当前是否处于超负荷工作状态具体包括：
[0047]
在电机在运行过程中的预设长度时间段内，连续采集电枢绕组的工作温度，从而得到电枢绕组的工作温度变化信息；
[0048]
分析所述工作温度变化信息，以此确定在工作温度采集期间，采集得到的工作温度超过预设温度阈值对应的总持续时间；将所述总持续时间与预设时间阈值进行比对，若所述总持续时间超过预设时间阈值，则确定电机当前处于超负荷工作状态，否则，确定电机当前不处于超负荷工作状态；
[0049]
以及，
[0050]
所述制冷调整模块用于当确定电机处于超负荷工作状态时，根据所述工作温度，调整对电机进行散热的半导体制冷片的制冷状态具体包括：
[0051]
当确定电机处于超负荷工作状态时，根据电枢绕组的工作温度变化信息，确定电枢绕组的工作温度变化速率；根据所述工作温度变化速率，增加或者减小对电机进行散热的半导体制冷片的制冷功率和/或制冷面积。
[0052]
相比于现有技术，该空心杯电枢永磁式电流伺服电机的控制方法和系统通过采集与分析电机的位姿信息，确定电机的朝向，以此调整电机的工作开关状态；以及通过比对电机的输出力矩与外界阻碍力矩的大小，以此调整对电机施加的直流驱动电压大小；并且还通过采集电机电枢绕组的工作温度，改变对电机进行散热的半导体制冷片的制冷状态，这样能够保证电机只有在处于预设朝向的情况下才能正常运行，从而避免电机发生误触发运行，此外还通过调整直流驱动电压来保证电机在任意外界阻碍力作用下依然能够正常顺畅地运作，同时能够根据电机的工作温度高低情况，适应性地调整制冷部件的制冷效率，从而有效地提高电机的散热性能。
[0053]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0054]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0055]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0056]
图1为本发明提供的空心杯电枢永磁式电流伺服电机的控制方法的流程示意图。
[0057]
图2为本发明提供的空心杯电枢永磁式电流伺服电机的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
[0058]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059]
参阅图1，为本发明实施例提供的空心杯电枢永磁式电流伺服电机的控制方法的流程示意图。该空心杯电枢永磁式电流伺服电机的控制方法包括如下步骤：
[0060]
步骤s1，采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的位姿信息；分析该
位姿信息，确定电机当前的朝向；再根据电机当前的朝向，调整电机的工作开关状态；
[0061]
步骤s2，采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的电机输出功率；根据该电机输出功率，确定电机当前的输出力矩；同时采集电机对应的电机动力输出轴连接的负载在动作过程中受到的外界阻碍力矩，根据该输出力矩与该外界阻碍力矩之间的大小，调整对电机施加的直流驱动电压大小；
[0062]
步骤s3，采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中电枢绕组的工作温度；分析该工作温度，以此确定电机当前是否处于超负荷工作状态；当确定电机处于超负荷工作状态时，根据该工作温度，调整对电机进行散热的半导体制冷片的制冷状态。
[0063]
上述技术方案的有益效果为：该空心杯电枢永磁式电流伺服电机的控制方法通过采集与分析电机的位姿信息，确定电机的朝向，以此调整电机的工作开关状态；以及通过比对电机的输出力矩与外界阻碍力矩的大小，以此调整对电机施加的直流驱动电压大小；并且还通过采集电机电枢绕组的工作温度，改变对电机进行散热的半导体制冷片的制冷状态，这样能够保证电机只有在处于预设朝向的情况下才能正常运行，从而避免电机发生误触发运行，此外还通过调整直流驱动电压来保证电机在任意外界阻碍力作用下依然能够正常顺畅地运作，同时能够根据电机的工作温度高低情况，适应性地调整制冷部件的制冷效率，从而有效地提高电机的散热性能。
[0064]
优选地，在该步骤s1中，采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的位姿信息；分析该位姿信息，确定电机当前的朝向；再根据电机当前的朝向，调整电机的工作开关状态具体包括：
[0065]
步骤s101，采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中电机动力输出轴的三轴加速度；根据该三轴加速度，确定电机动力输出轴当前在三维空间上的俯仰位姿角度和偏航位姿角度；
[0066]
步骤s102，将该俯仰位姿角度与第一预设位姿角度范围进行比对，以及将该偏航位姿角度与第二预设位姿角度范围进行比对；若该俯仰位姿角度位于第一预设位姿角度范围内和该偏航位姿角度位于第二预设位姿角度范围内，则确定电机动力输出轴当前处于第一朝向；否则，确定电机动力输出轴当前处于第二朝向；其中，第一朝向包括向上朝向或者水平朝向，第二朝向包括向下朝向；
[0067]
步骤s103，当电机动力输出轴当前处于第一朝向时，保持电机当前的运行状态不变；当电机动力输出轴当前处于第二朝向时，停止向电机进行供电，从而使电机停止运行。
[0068]
上述技术方案的有益效果为：空心杯电枢永磁式电流伺服电机通常用作为电动牙刷的动力源，空心杯电枢永磁式电流伺服电机的电机动力输出轴与刷头连接，这样电机动力输出轴输出的动力能够带动刷头进行左右方向和前后方向的来回振动。当使用者握持电动牙刷的方向不规范(比如使电动牙刷的刷头向下等)，此处电机动力输出轴将无法正常驱动刷头进行运动，从而导致电机动力输出轴发生空转的情况，这不仅浪费电能，同时还可能导致电机动力输出轴发生磨损。在实际操作中，可在电机动力输出轴上设置三轴加速度传感器或者微型陀螺仪，从而采集得到电机动力输出轴的三轴加速度；再根据动力学相关的计算手段即可得到电机动力输出轴对应的俯仰位姿角度和偏航位姿角度，其中俯仰位姿角度和偏航位姿角度的计算过程属于本领域的常规技术手段，这里不做详细的累述。此外，将俯仰位姿角度和偏航位姿角度分别与第一预设位姿角度范围和第二预设位姿角度范围进
行比对，其中第一预设位姿角度范围可为但不限于是水平方向以上的
‑
90
°‑
+90
°
的范围，第二预设位姿角度范围可为但不限于是水平周向360
°
的范围，这样能够对电机动力输出轴的朝向进行量化判断，从而准确确定电机动力输出轴的真实朝向。此外，当电机动力输出轴当前处于第一朝向时，表明电机动力输出轴此时处于朝上的方向，此时可以使电机正常运行并输出动力；当电机动力输出轴当前处于第二朝向时，表明电力动力输出轴此时处于朝下的方向，此时可以切断电机的电力供应，从而防止电机动力输出轴发生空转的情况。
[0069]
优选地，在该步骤s2中，采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的电机输出功率；根据该电机输出功率，确定电机当前的输出力矩；同时采集电机对应的电机动力输出轴连接的负载在动作过程中受到的外界阻碍力矩，根据该输出力矩与该外界阻碍力矩之间的大小，调整对电机施加的直流驱动电压大小具体包括：
[0070]
步骤s201，采集电机在运行过程中的电机输出功率p，并结合电机的运行转速n，确定电机在运行过程中的电机输出力矩t1，其中t1＝9550*p/n；
[0071]
步骤s202，采集电机动力输出轴连接的负载在动作过程中受到外界作用下对应的阻碍力f，并结合负载的重心与电机动力输出轴的顶端位置处之间的距离l，确定负载在动作过程中受到的外界阻碍力矩t2，其中t2＝f*l；
[0072]
步骤s203，将该电机输出力矩t1与该外界阻碍力矩t2进行比对；当该电机输出力矩t1大于或等于该外界阻碍力矩t2，则保持当前对电机施加的直流驱动电压大小不变；当该电机输出力矩t1小于该外界阻碍力矩t2，则增大对电机施加的直流驱动电压。
[0073]
上述技术方案的有益效果为：在空心杯电枢永磁式电流伺服电机运行过程中，电机动力输出轴带动刷头进行运动，而刷头会在牙齿表面来回刷动。在刷动的过程中，刷头会受到牙齿表面的摩擦阻碍力，若电机输出的力矩低于刷头受到的外界阻碍力矩，刷头这类负载将无法进行正常顺畅的运动。而通过确定电机输出力矩与外界阻碍力矩之间的大小关系，当电机输出力矩大于或等于该外界阻碍力矩，表明当前电机输出的力矩足以带动负载进行顺畅的运动，此时无需额外增加直流驱动电压，而当电机输出力矩小于该外界阻碍力矩，表明当前电机输出的力矩不足以带动负载进行顺畅的运动，此时需要额外增加直流驱动电压来提高电机输出的力矩。
[0074]
优选地，在该步骤s3中，采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中电枢绕组的工作温度；分析该工作温度，以此确定电机当前是否处于超负荷工作状态；当确定电机处于超负荷工作状态时，根据该工作温度，调整对电机进行散热的半导体制冷片的制冷状态具体包括：
[0075]
步骤s301，在电机在运行过程中的预设长度时间段内，连续采集电枢绕组的工作温度，从而得到电枢绕组的工作温度变化信息；
[0076]
步骤s302，分析该工作温度变化信息，以此确定在工作温度采集期间，采集得到的工作温度超过预设温度阈值对应的总持续时间；将该总持续时间与预设时间阈值进行比对，若该总持续时间超过预设时间阈值，则确定电机当前处于超负荷工作状态，否则，确定电机当前不处于超负荷工作状态；
[0077]
步骤s303，当确定电机处于超负荷工作状态时，根据电枢绕组的工作温度变化信息，确定电枢绕组的工作温度变化速率；根据该工作温度变化速率，增加或者减小对电机进行散热的半导体制冷片的制冷功率和/或制冷面积。
[0078]
上述技术方案的有益效果为：空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中电枢绕组会产生热量，从而导致电枢绕组的工作温度不断升高，当工作温度升高到一定值时，会降低电枢绕组的导电性，从而影响电机的正常运行。在实际操作中，可在电枢绕组装中设置半导体贴片式温度传感器，该温度传感器能够持续地电枢绕组的工作温度，以此记录电枢绕组的实时工作温度变化，以便于后续分析电机是否超负荷工作状态，具体来说，当电枢绕组工作温度超过预设温度阈值的累计时间越长，则电机的工作负荷越大。此外，当确定电机处于超负荷工作状态时，确定电枢绕组在单位时间内(比如1s)的工作温度变化速率，当工作温度变化速率越大，表明电枢绕组内部的热量聚集越快，为了加快热量的发散速度，需要增加半导体制冷片的制冷功率和/或制冷面积；当工作温度变化速率越小，表明电枢绕组内部的热量聚集较慢，此时可适当减小半导体制冷片的制冷功率和/或制冷面积，从而最大限度地节省制冷所需的电能；其中，该半导体制冷片可贴附在电枢绕组的附近区域。
[0079]
优选地，在该步骤s303中，根据该工作温度变化速率，增加或者减小对电机进行散热的半导体制冷片的制冷功率和/或制冷面积具体包括：
[0080]
步骤s3031，利用下面公式(1)，根据该工作温度变化速率，得到电枢绕组内部的温度变化量，
[0081][0082]
在上述公式(1)中，δt表示在单位时间间隔δt内电枢绕组内部的温度变化量；t'(t)表示t时刻对应的工作温度变化速率；t
n
表示当前时刻；δt表示单位时间间隔；
[0083]
步骤s3032，若调整对电机进行散热的半导体制冷片的制冷功率，则利用下面公式(2)并结合电枢绕组内部的温度变化量δt进行解算，确定半导体制冷片的制冷功率的功率调整值δp，
[0084][0085]
在上述公式(2)中，p表示半导体制冷片进行功率调节前的制冷功率；u表示半导体制冷片的工作电压；τ表示半导体制冷片对应的帕尔贴系数；σ表示半导体制冷片的电导率；l表示半导体制冷片在电流传输方向上的长度；s表示半导体制冷片的制冷面积；k表示半导体制冷片的热导率；β表示半导体制冷片的复合汤姆逊系数；q表示电枢绕组当前的功率；当功率调整值δp小于0，则将半导体制冷片的制冷功率减小∣δp∣、∣∣表示取绝对值；当功率调整值δp大于0，则将半导体制冷片的制冷功率增大∣δp∣、∣∣表示取绝对值；在实际操作中，可通过改变对半导体制冷片施加的电流大小来调整半导体制冷片的制冷功率，当增大对半导体制冷片施加的电流即可增大制冷功率，当减小对半导体制冷片施加的电流即可减小制冷功率；
[0086]
步骤s3033，若调整对电机进行散热的半导体制冷片的制冷面积，则利用下面公式(3)并结合电枢绕组内部的温度变化量δt进行解算，确定半导体制冷片的制冷面积的面积调整值δs，
[0087][0088]
在上述公式(3)中，i表示半导体制冷片的工作电流；τ表示半导体制冷片对应的帕尔贴系数；σ表示半导体制冷片的电导率；l表示半导体制冷片在电流传输方向上的长度；s表示半导体制冷片当前的制冷面积；k表示半导体制冷片的热导率；β表示半导体制冷片的复合汤姆逊系数；q表示电枢绕组当前的功率；当面积调整值δs小于0，则将半导体制冷片的制冷面积减小∣δs∣、∣∣表示取绝对值；当面积调整值δp大于0，则将半导体制冷片的制冷面积增大∣δs∣、∣∣表示取绝对值；在实际操作中，可通过改变对半导体制冷片施加的电流在半导体制冷片上的导通面积来调整半导体制冷片的制冷功率，当增大对半导体制冷片施加的电流在半导体制冷片上的导通面积即可增大制冷功率，当减小对半导体制冷片施加的电流在半导体制冷片上的导通面积即可减小制冷功率。
[0089]
上述技术方案的有益效果为：利用上述公式(1)，根据所述工作温度变化速率得到电枢绕组内部的温度变化量，进而为后续控制所述半导体制冷片提供准确依据，保证系统的可靠性；再利用上述公式(2)，根据电枢绕组内部的温度变化量得到半导体制冷片的制冷功率调节值，进而可以在工作人员想要通过调节所述半导体制冷片的制冷功率时可以准确的进行操作，保证系统操作的准确性以及可靠性；最后利用上述公式(3)，根据电枢绕组内部的温度变化量得到半导体制冷片的制冷面积调节值，进而在工作人员想要通过调节半导体制冷片的制冷面积时可以准确的进行操作，保证系统操作的准确性以及可靠性，同时提供了工作人员的可选择性，提高了工作效率。
[0090]
参阅图2，为本发明实施例提供的空心杯电枢永磁式电流伺服电机的控制系统的结构示意图。该空心杯电枢永磁式电流伺服电机的控制系统包括位姿信息采集与分析模块、电机开关控制模块、电机驱动电压调整模块、工作温度采集与分析模块和制冷调整模块；其中，
[0091]
该位姿信息采集与分析模块用于采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的位姿信息；分析该位姿信息，确定电机当前的朝向；
[0092]
该电机开关控制模块用于根据电机当前的朝向，调整电机的工作开关状态；
[0093]
该电机驱动电压调整模块用于采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的电机输出功率；根据该电机输出功率，确定电机当前的输出力矩；同时采集电机对应的电机动力输出轴连接的负载在动作过程中受到的外界阻碍力矩，根据该输出力矩与该外界阻碍力矩之间的大小，调整对电机施加的直流驱动电压大小；
[0094]
该工作温度采集与分析模块用于采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中电枢绕组的工作温度；分析该工作温度，以此确定电机当前是否处于超负荷工作状态；
[0095]
该制冷调整模块用于当确定电机处于超负荷工作状态时，根据该工作温度，调整对电机进行散热的半导体制冷片的制冷状态。
[0096]
上述技术方案的有益效果为：该空心杯电枢永磁式电流伺服电机的控制系统通过采集与分析电机的位姿信息，确定电机的朝向，以此调整电机的工作开关状态；以及通过比对电机的输出力矩与外界阻碍力矩的大小，以此调整对电机施加的直流驱动电压大小；并且还通过采集电机电枢绕组的工作温度，改变对电机进行散热的半导体制冷片的制冷状
态，这样能够保证电机只有在处于预设朝向的情况下才能正常运行，从而避免电机发生误触发运行，此外还通过调整直流驱动电压来保证电机在任意外界阻碍力作用下依然能够正常顺畅地运作，同时能够根据电机的工作温度高低情况，适应性地调整制冷部件的制冷效率，从而有效地提高电机的散热性能。
[0097]
优选地，该位姿信息采集与分析模块用于采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的位姿信息；分析该位姿信息，确定电机当前的朝向具体包括：
[0098]
采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中电机动力输出轴的三轴加速度；根据该三轴加速度，确定电机动力输出轴当前在三维空间上的俯仰位姿角度和偏航位姿角度；
[0099]
再将该俯仰位姿角度与第一预设位姿角度范围进行比对，以及将该偏航位姿角度与第二预设位姿角度范围进行比对；若该俯仰位姿角度位于第一预设位姿角度范围内和该偏航位姿角度位于第二预设位姿角度范围内，则确定电机动力输出轴当前处于第一朝向；否则，确定电机动力输出轴当前处于第二朝向；其中，第一朝向包括向上朝向或者水平朝向，第二朝向包括向下朝向；
[0100]
以及，
[0101]
该电机开关控制模块用于根据电机当前的朝向，调整电机的工作开关状态具体包括：
[0102]
当电机动力输出轴当前处于第一朝向时，保持电机当前的运行状态不变；当电机动力输出轴当前处于第二朝向时，停止向电机进行供电，从而使电机停止运行。
[0103]
上述技术方案的有益效果为：空心杯电枢永磁式电流伺服电机通常用作为电动牙刷的动力源，空心杯电枢永磁式电流伺服电机的电机动力输出轴与刷头连接，这样电机动力输出轴输出的动力能够带动刷头进行左右方向和前后方向的来回振动。当使用者握持电动牙刷的方向不规范(比如使电动牙刷的刷头向下等)，此处电机动力输出轴将无法正常驱动刷头进行运动，从而导致电机动力输出轴发生空转的情况，这不仅浪费电能，同时还可能导致电机动力输出轴发生磨损。在实际操作中，可在电机动力输出轴上设置三轴加速度传感器或者微型陀螺仪，从而采集得到电机动力输出轴的三轴加速度；再根据动力学相关的计算手段即可得到电机动力输出轴对应的俯仰位姿角度和偏航位姿角度，其中俯仰位姿角度和偏航位姿角度的计算过程属于本领域的常规技术手段，这里不做详细的累述。此外，将俯仰位姿角度和偏航位姿角度分别与第一预设位姿角度范围和第二预设位姿角度范围进行比对，其中第一预设位姿角度范围可为但不限于是水平方向以上的
‑
90
°‑
+90
°
的范围，第二预设位姿角度范围可为但不限于是水平周向360
°
的范围，这样能够对电机动力输出轴的朝向进行量化判断，从而准确确定电机动力输出轴的真实朝向。此外，当电机动力输出轴当前处于第一朝向时，表明电机动力输出轴此时处于朝上的方向，此时可以使电机正常运行并输出动力；当电机动力输出轴当前处于第二朝向时，表明电力动力输出轴此时处于朝下的方向，此时可以切断电机的电力供应，从而防止电机动力输出轴发生空转的情况。
[0104]
优选地，该电机驱动电压调整模块用于采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中的电机输出功率；根据该电机输出功率，确定电机当前的输出力矩；同时采集电机对应的电机动力输出轴连接的负载在动作过程中受到的外界阻碍力矩，根据该输出力矩与该外界阻碍力矩之间的大小，调整对电机施加的直流驱动电压大小具体包括：
[0105]
采集电机在运行过程中的电机输出功率p，并结合电机的运行转速n，确定电机在运行过程中的电机输出力矩t1，其中t1＝9550*p/n；
[0106]
再采集电机动力输出轴连接的负载在动作过程中受到外界作用下对应的阻碍力f，并结合负载的重心与电机动力输出轴的顶端位置处之间的距离l，确定负载在动作过程中受到的外界阻碍力矩t2，其中t2＝f*l；
[0107]
将该电机输出力矩t1与该外界阻碍力矩t2进行比对；当该电机输出力矩t1大于或等于该外界阻碍力矩t2，则保持当前对电机施加的直流驱动电压大小不变；当该电机输出力矩t1小于该外界阻碍力矩t2，则增大对电机施加的直流驱动电压。
[0108]
上述技术方案的有益效果为：在空心杯电枢永磁式电流伺服电机运行过程中，电机动力输出轴带动刷头进行运动，而刷头会在牙齿表面来回刷动。在刷动的过程中，刷头会受到牙齿表面的摩擦阻碍力，若电机输出的力矩低于刷头受到的外界阻碍力矩，刷头这类负载将无法进行正常顺畅的运动。而通过确定电机输出力矩与外界阻碍力矩之间的大小关系，当电机输出力矩大于或等于该外界阻碍力矩，表明当前电机输出的力矩足以带动负载进行顺畅的运动，此时无需额外增加直流驱动电压，而当电机输出力矩小于该外界阻碍力矩，表明当前电机输出的力矩不足以带动负载进行顺畅的运动，此时需要额外增加直流驱动电压来提高电机输出的力矩。
[0109]
优选地，该工作温度采集与分析模块用于采集空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中电枢绕组的工作温度；分析该工作温度，以此确定电机当前是否处于超负荷工作状态具体包括：
[0110]
在电机在运行过程中的预设长度时间段内，连续采集电枢绕组的工作温度，从而得到电枢绕组的工作温度变化信息；
[0111]
分析该工作温度变化信息，以此确定在工作温度采集期间，采集得到的工作温度超过预设温度阈值对应的总持续时间；将该总持续时间与预设时间阈值进行比对，若该总持续时间超过预设时间阈值，则确定电机当前处于超负荷工作状态，否则，确定电机当前不处于超负荷工作状态；
[0112]
以及，
[0113]
该制冷调整模块用于当确定电机处于超负荷工作状态时，根据该工作温度，调整对电机进行散热的半导体制冷片的制冷状态具体包括：
[0114]
当确定电机处于超负荷工作状态时，根据电枢绕组的工作温度变化信息，确定电枢绕组的工作温度变化速率；根据该工作温度变化速率，增加或者减小对电机进行散热的半导体制冷片的制冷功率和/或制冷面积。
[0115]
上述技术方案的有益效果为：空心杯电枢永磁式电流伺服电机在运行过程中电枢绕组会产生热量，从而导致电枢绕组的工作温度不断升高，当工作温度升高到一定值时，会降低电枢绕组的导电性，从而影响电机的正常运行。在实际操作中，可在电枢绕组装中设置半导体贴片式温度传感器，该温度传感器能够持续地电枢绕组的工作温度，以此记录电枢绕组的实时工作温度变化，以便于后续分析电机是否超负荷工作状态，具体来说，当电枢绕组工作温度超过预设温度阈值的累计时间越长，则电机的工作负荷越大。此外，当确定电机处于超负荷工作状态时，确定电枢绕组在单位时间内(比如1s)的工作温度变化速率，当工作温度变化速率越大，表明电枢绕组内部的热量聚集越快，为了加快热量的发散速度，需要
增加半导体制冷片的制冷功率和/或制冷面积；当工作温度变化速率越小，表明电枢绕组内部的热量聚集较慢，此时可适当减小半导体制冷片的制冷功率和/或制冷面积，从而最大限度地节省制冷所需的电能；其中，该半导体制冷片可贴附在电枢绕组的附近区域。
[0116]
从上述实施例的内容可知，该空心杯电枢永磁式电流伺服电机的控制方法和系统通过采集与分析电机的位姿信息，确定电机的朝向，以此调整电机的工作开关状态；以及通过比对电机的输出力矩与外界阻碍力矩的大小，以此调整对电机施加的直流驱动电压大小；并且还通过采集电机电枢绕组的工作温度，改变对电机进行散热的半导体制冷片的制冷状态，这样能够保证电机只有在处于预设朝向的情况下才能正常运行，从而避免电机发生误触发运行，此外还通过调整直流驱动电压来保证电机在任意外界阻碍力作用下依然能够正常顺畅地运作，同时能够根据电机的工作温度高低情况，适应性地调整制冷部件的制冷效率，从而有效地提高电机的散热性能。
[0117]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。