一种旋转变压器系统和具有这种旋转变压器系统的旋转体的制作方法

本实用新型属于检测技术领域，涉及一种变压器系统和旋转体，尤其是旋转变压器系统和旋转体。

背景技术：

数控机床，工业自动化、工业机器人等行业需要快速高精度位置控制，目前主要由伺服电机来实现，而其定位能力很大程度上取决于安装在伺服电机上的绝对位置角度检测装置。

光电式绝对位置角度检测装置因可以容易地实现电机旋转角度的检测而得到了广泛应用，但这种光电式绝对位置角度检测装置含有光电元器件和半导体器件，因而在振动冲击大以及高温环境中很容易失效。

旋转变压器是一种可以实现旋转角度检测的传感器，由于其不使用光电转换器件，因而可以在较高温度的环境中使用。但是现有的旋转变压器中，定子的齿上通常绕有至少三组绕阻，使得其制造工艺很复杂，且由于绕组的位置不同使得旋转变压器的一致性受到不利影响；同时，在使用过程中，很容易因振动冲击等原因出现绕组短路或断路等问题而使旋转变压器失效，可靠性较差。此外，现有旋转变压器在检测精度上依然尚待提高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种绝对位置检测精度能够得以大大提高的旋转变压器系统和具有这种旋转变压器系统的旋转体。

为了达到上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种旋转变压器系统，包括至少两个旋转变压器；每个所述旋转变压器均包括定子和转子，定子包括定子检测齿，转子包括转子凸极；每个所述旋转变压器均包括绕在所述定子检测齿上的多个线圈，各所述线圈的电感随着对应的转子的旋转角度的改变而改变，以根据所述线圈的电感的变化检测所述转子的旋转角度；所述至少两个旋转变压器至少包括第一旋转变压器和第二旋转变压器；第一旋转变压器的转子包括且仅包括1个转子凸极；第二旋转变压器的转子包括2个或2个以上的转子凸极；至少第一旋转变压器的转子和第二旋转变压器的转子设置为同步转动。

第一旋转变压器和第二旋转变压器中均满足：包括至少四组定子线圈，每组定子线圈均包括至少一个所述线圈；所有所述线圈连接构成桥式电路，每组定子线圈构成所述桥式电路的一个桥臂；所述桥式电路中，每两个相交的桥臂在相交处构成一个接点，从每个接点处引出一根引出线，作为所述桥式电路的励磁线或者信号线；所述桥式电路既具有励磁线，也具有信号线；优选地，每个所述旋转变压器中：各组所述定子线圈内线圈的数量和分布相同；各组所述定子线圈的合成电感的相位依次相差90度；优选地，每个所述旋转变压器中：各所述线圈的电感的直流分量相等，各所述线圈的基波幅值相等；优选地，每个所述旋转变压器均包括四组定子线圈，构成四桥臂的桥式电路，具有四个接点，从四个所述接点处引出四根引出线，其中两根所述引出线为励磁线，另外两根引出线为信号线；进一步优选地，每个所述旋转变压器的励磁线均连接到所述旋转变压器系统的两根公共的励磁线，每个所述旋转变压器具有独立的两根信号线；或者，各所述旋转变压器具有独立的两根励磁线和独立的两根信号线。

第一旋转变压器的定子检测齿数为4*(M+1)，M为正整数；优选地，第一旋转变压器共包括四组定子线圈；每组定子线圈包括至少一个线圈；每个所述线圈绕在一个所述定子检测齿上，各组所述定子线圈中线圈的数量和分布相同；每个线圈的电感的直流分量相等，每个线圈的电感的基波幅值相等；四组定子线圈中，各组定子线圈的合成电感的相位依次相差第一角度；四组定子线圈组成桥式电路；所述桥式电路的四个接点引出四根引出线；所述四根引出线中，两根引出线为励磁线，并与所述旋转变压器系统的励磁线连接，另外两根引出线为信号引出线；第一角度为设定值；进一步优选地，第一角度为90度。

第二旋转变压器的定子检测齿数为4*(K+1)*S，转子凸极数为(K+1)*(2N-1)*S；其中，K、S和N均为正整数；优选地，第二旋转变压器共包括四组定子线圈；每组定子线圈包括至少一个线圈；每个所述线圈绕在一个所述定子检测齿上，各组所述定子线圈中线圈的数量和分布相同；每个线圈的电感的直流分量相等，每个线圈的电感的基波幅值相等；四组定子线圈中，各组定子线圈的合成电感的相位依次相差第二角度；四组定子线圈组成桥式电路；所述桥式电路的四个接点引出四根引出线；所述四根引出线中，两根引出线为励磁线，并与所述旋转变压器系统的励磁线连接，另外两根引出线为信号引出线；第二角度为设定值；进一步优选地，第二角度为90度。

所述定子还包括定子解耦齿；每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿，以减少或消除不同的绕有线圈的定子检测齿之间的磁耦合干扰；优选地，所述定子解耦齿的材料与所述定子检测齿和定子本体的材料相同；进一步优选地，所述材料为导磁材料。

或者，第一旋转变压器中，定子检测齿数为4，定子解耦齿数为4。

或者，第二旋转变压器中，定子检测齿数为4*P，转子凸极数为Q；其中，P和Q为正整数，并且Q/P不等于偶数，并且当P等于3*R且R为正整数时，Q不等于2*R的正整数倍。

第二旋转变压器的定子检测齿数为8，转子凸极数为2*(2N-1)；或者，第二旋转变压器的定子检测齿数为12，转子凸极数为3*(2N-1)；或者，第二旋转变压器的定子检测齿数为16，转子凸极数为4*(2N-1)；或者，第二旋转变压器的定子检测齿数为20，转子凸极数为5*(2N-1)；或者，第二旋转变压器的定子检测齿数为24，转子凸极数为6*(2N-1)；或者，第二旋转变压器的定子检测齿数为28，转子凸极数为7*(2N-1)；或者，第二旋转变压器的定子检测齿数为32，转子凸极数为8*(2N-1)。

在所述旋转变压器中，设置所述转子凸极的形状，以使得每个所述线圈的电感的变化部分随着所述转子的旋转角度的变化成正弦波式变化；或者，在所述旋转变压器中，设置所述转子凸极的形状，以使得每个所述线圈的电感的变化部分随着所述转子的旋转角度的变化成三角波式变化。

所述旋转变压器系统具有定子机壳、端盖、轴承和转轴；每个所述旋转变压器的定子均包括定子铁心，且所述定子铁心安装在所述定子机壳上；每个所述旋转变压器的转子均包括转子铁心，且所述转子铁心安装在所述转轴上，与所述转轴一同旋转。

在各所述旋转变压器中，所述转子布置在所述定子的内部；或者，在各所述旋转变压器中，所述转子布置在所述定子的外部。

一种具有上述旋转变压器系统的旋转体，所述旋转体包括旋转体本体和所述旋转变压器系统；所述旋转变压器系统的旋转角度与所述旋转体本体的旋转角度成规则的关系，以由所述旋转变压器系统检测所述旋转体的旋转角度。

所述旋转变压器系统的各转子铁心安装在所述旋转体本体的转轴上，与所述旋转体本体同步转动且形成一体式结构，以检测所述旋转体本体的旋转角度；所述旋转变压器系统的各定子安装在与所述旋转体本体共用的机壳上。

或者，所述旋转变压器系统固定在所述旋转体本体的端部；所述旋转变压器系统的转轴与所述旋转体本体的转轴连接以使得所述旋转变压器系统和所述旋转体本体同轴转动；优选地，所述旋转变压器系统的转轴与所述旋转体本体的转轴通过联轴节连接。

所述旋转体本体为电动机。

由于采用上述方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型旋转变压器系统和具有这种旋转变压器系统的旋转体采用至少两个旋转变压器，尤其是磁阻式旋转变压器，一个旋转变压器检测得到的角度在转子转动的0-360度区间为单值，另一个或多个旋转变压器在转子转动的0-360度区间内进行2个或2个以上周期地检测，与前一个旋转变压器的结果结合可以用来细分测试区间，从而大大提高了检测精度。同时，本实用新型能够在每个定子检测齿上最多绕一个线圈，大大简化了生产工艺，有效防止了由于绕组的位置不同使得旋转变压器的一致性受到不利影响，并克服了现有技术中同一定子齿上不同绕组间的短路风险。此外，本实用新型还可设置定子解耦齿，有效减小或消除了绕有线圈的不同的定子检测齿之间的磁耦合干扰，从而进一步提高了本实用新型的可靠性。

附图说明

图1a为本实用新型第一实施例中第一旋转变压器的定转子的截面示意图；

图1b为本实用新型第一实施例中第二旋转变压器的定转子的截面示意图；

图2为本实用新型第一实施例中两个旋转变压器的桥式电路连接后的电路连接示意图；

图3为本实用新型第一实施例中旋转变压器系统的结构示意图；

图4a为本实用新型第二实施例中第一旋转变压器的定转子的截面示意图；

图4b为本实用新型第二实施例中第二旋转变压器的定转子的截面示意图；

图5a为本实用新型第三实施例中第一旋转变压器的定转子的截面示意图；

图5b为本实用新型第三实施例中第二旋转变压器的定转子的截面示意图；

图6为本实用新型第四实施例中具有旋转变压器的旋转体的结构示意图；

图7为本实用新型第五实施例中具有旋转变压器的旋转体的结构示意图。

附图中：1101A、1104A、1107A、1110A：定子检测齿；1101B-1112B：定子检测齿；201：第一旋转变压器的定子；202：第二旋转变压器的定子；301：第一旋转变压器的转子；302：第二旋转变压器的转子；4：转轴；5：轴承；6：定子机壳；701～702：端盖；801A～804A：第一旋转变压器的引出线；801B～804B：第二旋转变压器的引出线；2101A-2104A：定子检测齿；2101B-2108B：定子检测齿；3101A-3132A：定子检测齿；3101B-3124B：定子检测齿；401：旋转变压器与电动机共用的机壳；4021：第一旋转变压器的定子；4022：第二旋转变压器的定子；403：电动机的定子；4041：第一旋转变压器的转子铁心；4022：第二旋转变压器的转子铁心；405、电动机的转子铁心；406、转轴；4071～4072、端盖；408、轴承；4091～4096、旋转变压器系统的引出线；4010、电动机的引线；40111、第一旋转变压器的线圈；40112、第二旋转变压器的线圈；4012、电动机线圈；5011、第一旋转变压器；5012：第二旋转变压器；502：电动机；503：电动机转轴；5041：第一旋转变压器的引出线组；5042：第二旋转变压器的引出线组；505：电动机引线；506：螺钉。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型提出了一种旋转变压器系统，该旋转变压器系统尤其是磁阻式旋转变压器系统，其中的旋转变压器尤其是磁阻式旋转变压器。该旋转变压器系统包括至少两个旋转变压器。每个旋转变压器均包括定子和转子，定子包括定子检测齿，转子包括转子凸极。每个旋转变压器均包括多个绕在定子检测齿上的线圈，各线圈的电感随着对应的转子的旋转角度的改变而改变，以根据线圈的电感的变化检测转子的旋转角度。至少两个旋转变压器至少包括第一旋转变压器和第二旋转变压器。第一旋转变压器的转子包括且仅包括1个转子凸极；第二旋转变压器的转子包括2个或2个以上的转子凸极。该旋转变压器系统中，至少第一旋转变压器的转子和第二旋转变压器的转子设置为同步转动。

第一旋转变压器和第二旋转变压器中均满足：包括至少四组定子线圈，每组定子线圈均包括至少一个所述线圈；所有所述线圈连接构成桥式电路，每组定子线圈构成所述桥式电路的一个桥臂，每个桥臂由一个线圈构成或由多个线圈串联构成。桥式电路中，每两个相交的桥臂在相交处构成一个接点，从每个接点处引出一根引出线，作为桥式电路的励磁线以为该桥式电路提供励磁电压，或者作为信号线以输出该旋转变压器检测到的表征转子绝对位置的信号。但是，每个桥式电路既具有励磁线，也具有信号线。有利的是，每个旋转变压器中：各组定子线圈内线圈的数量和分布相同；各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度。

有利的是，每个旋转变压器中：各线圈的电感的直流分量相等，各线圈的基波幅值相等。

优选地，每个旋转变压器均包括四组定子线圈，构成四桥臂的桥式电路，具有四个接点，从四个接点处引出四根引出线，其中两根引出线为励磁线，另外两根引出线为信号线。每个旋转变压器的励磁线均连接到旋转变压器系统的两根公共的励磁线，每个旋转变压器具有独立的两根引出线；或者，各旋转变压器具有独立的两根励磁线和独立的两根信号线。

优选地，定子还包括定子解耦齿，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置有至少一个定子解耦齿，以减小或消除绕有线圈的不同的(尤其是相邻的)定子检测齿之间的磁耦合干扰；定子解耦齿的材料与定子检测齿和定子本体的材料相同，该材料为导磁材料。本实用新型中，可以设置第一旋转变压器的定子检测齿数为4*(M+1)，M为正整数；此时，第一旋转变压器中既可设置定子解耦齿，也可以不设置定子解耦齿。

本实用新型中，可以设置第二旋转变压器的定子检测齿数为4*(K+1)*S，转子凸极数为(K+1)*(2N-1)*S；其中，K、S和N均为正整数。此时，第二旋转变压器中既可以设置定子解耦齿，也可以不设置定子解耦齿。

因此，本实用新型中，可选择设置第二旋转变压器的定子检测齿数为8，转子凸极数为2*(2N-1)；可选择设置第二旋转变压器的定子检测齿数为12，转子凸极数为3*(2N-1)；可选择设置第二旋转变压器的定子检测齿数为16，转子凸极数为4*(2N-1)；可选择设置第二旋转变压器的定子检测齿数为20，转子凸极数为5*(2N-1)；可选择设置第二旋转变压器的定子检测齿数为24，转子凸极数为6*(2N-1)。可选择设置第二旋转变压器的定子检测齿数为28，转子凸极数为7*(2N-1)。可选择设置第二旋转变压器的定子检测齿数为32，转子凸极数为8*(2N-1)。

此外，在本实用新型中，也可以设置第二旋转变压器的定子检测齿数为4*P，转子凸极数为Q；其中，P和Q为正整数，并且Q/P不等于偶数，并且当P等于3*R且R为正整数时，Q不等于2*R的正整数倍。此时，定子中必然还包括前述定子解耦齿。

本实用新型中，还可以设置第一旋转变压器的定子检测齿数为4，定子解耦齿数为4。定子解耦齿为前述定子解耦齿。

优选地，第一旋转变压器共包括四组定子线圈；每组定子线圈包括至少一个线圈；每个线圈绕在一个定子检测齿上，各组定子线圈中线圈的数量和分布相同；每个线圈的电感的直流分量相等，每个线圈的电感的基波幅值相等；四组定子线圈中，各组定子线圈的合成电感的相位依次相差第一角度。四组定子线圈组成桥式电路。该桥式电路的四个接点引出四根引出线。这四根引出线中，两根引出线为励磁线，并与旋转变压器系统的励磁线连接，另外两根引出线为信号引出线；第一角度为设定值。进一步优选地，第一角度为90度。

优选地，第二旋转变压器共包括四组定子线圈；每组定子线圈包括至少一个线圈；每个线圈绕在一个定子检测齿上，各组所述定子线圈中线圈的数量和分布相同；每个线圈的电感的直流分量相等，每个线圈的电感的基波幅值相等；四组定子线圈中，各组定子线圈的合成电感的相位依次相差第二角度。四组定子线圈组成桥式电路。该桥式电路的四个接点引出四根引出线；这四根引出线中，两根引出线为励磁线，并与旋转变压器系统的励磁线连接，另外两根引出线为信号引出线；第二角度为设定值。进一步优选地，第二角度为90度。

本实用新型中，第一旋转变压器的两根励磁线和第二旋转变压器的两根励磁线均可以与旋转变压器系统的公共励磁线连接，相当于第一旋转变压器和第二旋转变压器共用两根励磁线，但是第一旋转变压器的两根信号线相对于第二旋转变压器的两根信号线为独立的。此时，在检测过程中，当为第一旋转变压器和第二旋转变压施加励磁时，均通过旋转变压器系统的两根公共励磁线进行，从而给两者施加相同的励磁信号。此时，在第一旋转变压器和第二旋转变压器组合中，共有六根引出线。两根引出线为第一旋转变压器和第二旋转变压器共用的励磁线，两根引出线为第一旋转变压器的独立的信号线，两根引出线为第二旋转变压器的独立的信号线。

当然，第一旋转变压器的两根励磁线和第二旋转变压器的两根励磁线也可以相对于对方为独立的，此时第一旋转变压器的两根信号线相对于第二旋转变压器的两根信号线也依然是独立的。此时，在检测过程中，当为第一旋转变压器和第二旋转变压器施加励磁时，必须通过两者各自的两根励磁线进行，为两者所施加的励磁信号可以是相同的，也可以是不同的。此时，在第一旋转变压器和第二旋转变压器组合中，共有八根引出线。两根引出线为第一旋转变压器的独立的励磁线，两根引出线为第二旋转变压器的独立的励磁线，两根引出线为第一旋转变压器的独立的信号线，两根引出线为第二旋转变压器的独立的信号线。

本实用新型中，定子包括定子铁心、线圈、引出线和绝缘体(尤其为绝缘骨架)等。定子铁心由导磁材料制成，定子铁心沿内圆周开槽形成定子检测齿，线圈绕在定子检测齿上，线圈与定子铁心间设置有绝缘体，该绝缘体为绝缘骨架或起到绝缘作用的材料。转子包括与转子同轴转动的转子铁心。转子铁心由导磁材料制成，转子铁心外圆周呈凸极状，因而转子包括转子凸极。

第一实施例：

第一实施例中，第一旋转变压器中定子检测齿数按照前述4*(M+1)取值，此时M取值为2，因而第一旋转变压器的定子检测齿数为12，转子凸极数为1。第二旋转变压器中定子检测齿数和转子凸极数分别按照4*(K+1)*S和(K+1)*(2N-1)*S取值，其中K取值为2，S取值为1，N取值为2，因而第二旋转变压器的定子检测齿数为12，转子凸极数为9。

图1a为本实施例中第一旋转变压器的定转子的截面示意图；图1b为本实施例中第二旋转变压器的定转子的截面示意图。第一旋转变压器和第二旋转变压器中，定子均包括定子铁心，转子均包括转子铁心，定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。第一旋转变压器和第二旋转变压器的12个定子检测齿沿所在的定子铁心内表面均匀分布；第二旋转变压器的9个转子凸极沿第二旋转变压器的转子铁心的外圆周均匀分布。

对于第一旋转变压器，每隔两个定子检测齿绕有1个线圈，12个定子检测齿上共有4个线圈，每个线圈绕在一个定子检测齿的绝缘骨架上(图1a中未示出)，4个绕有线圈的定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为1101A、1104A、1107A、1110A。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，通过电磁仿真选择转子凸极的形状，使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化。

本实施例的第一旋转变压器中，定子线圈共分为4组。每组定子线圈包括1个线圈，每个线圈的电感的直流分量相等，每个线圈的电感的基波幅值相等。各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路，图2所示为第一旋转变压器中桥式电路和第二旋转变压器中桥式电路连接后的电路图，其中靠近左侧的部分为第一旋转变压器中的桥式电路。图2中，桥式电路的桥臂X_AC1由定子检测齿1101A上的线圈构成，桥臂X_AD1由定子检测齿1104A上的线圈构成，桥臂X_BC1由定子检测齿1107A上的线圈构成，桥臂X_BD1由定子检测齿1110A上的线圈构成。桥式电路的4个接点A1、B1、C1、D1分别用4根引线引出作为第一旋转变压器的引出线801A、802A、803A和804A，其中引出线801A和802A为第一旋转变压器的励磁线，其连接到旋转变压器系统的励磁线上，引出线803A和804A作为旋转变压器系统的第一旋转变压器信号线引出。

对于第二旋转变压器，每个定子检测齿上绕有1个线圈，每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图1b中未示出)。12个定子检测齿上共有12个线圈沿圆周分布，12个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为1101B、1102B、1103B、1104B、1105B、1106B、1107B、1108B、1109B、1110B、1111B、1112B。为了附图的简洁起见，且由于定子检测齿的分布和附图标记是有规律的，因此在图1b中不一一标记各定子检测齿的附图标记，仅给出几个示例。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，通过电磁仿真选择转子凸极的形状，使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化。

本实施例的第二旋转变压器中，定子线圈共分为4组。每组定子线圈包括3个线圈，每个线圈的电感的直流分量相等，每个线圈的电感的基波幅值相等。各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路，图2中靠近右侧的为该桥式电路的电路图。图2中，该桥式电路的桥臂X_AC2由定子检测齿1101B、1105B和1109B上的线圈串联构成，桥臂X_AD2由定子检测齿1102B、1106B和1110B上的线圈串联构成，桥臂X_BC2由定子检测齿1103B、1107B和1111B上的线圈串联构成，桥臂X_BD2由定子检测齿1104B、1108B和1112B上的线圈串联构成。同一桥臂中各线圈的电感的基波相位相等，桥式电路的4个接点A2、B2、C2、D2分别用4根引线引出作为第二旋转变压器的引出线801B、802B、803B和804B，其中引出线801B和802B为第二旋转变压器的励磁线，其连接到旋转变压器系统的励磁线上，引出线803B和804B作为旋转变压器系统的第二旋转变压器信号线引出。

图3所示为包括第一旋转变压器和第二旋转变压器的该旋转变压器系统的结构示意图。该旋转变压器系统包括第一旋转变压器的定子201、第二旋转变压器的定子202、第一旋转变压器的转子301、第二旋转变压器的转子302、转轴4、轴承5、定子机壳6、两侧的端盖701和702、轴承室、六根引出线。转子铁心固定在转轴4上，能够与转轴4一同旋转。轴承5安装在转轴4上，轴承5支撑转子301和302平滑顺畅地转动。定子铁心安装固定在定子机壳6内。轴承室设置在旋转变压器的两侧端盖701和702上，轴承5的外圈安装在两个端盖701和702的轴承室内，保证转轴4的中心线与定子201和202的内圆中心线一致。在六根引出线中，两根引出线为励磁线，两根引出线为第一旋转变压器的信号线，两根引出线为第二旋转变压器的信号线。

本实施例中，正弦波位置信号产生的原理如下：

对于第一旋转变压器，令定子检测齿1101A、1104A、1107A、1110A上的线圈的电感分别为L101A、L104A、L107A和L110A。由图1a可以看出，随着转子的旋转角度的变化，各定子检测齿与转子凸极之间的间隙发生变化，使得各线圈的电感随之变化，其变化周期为1。各线圈的电感随转子的旋转角度θm₁的变化可以分别表示为

L101A＝L1A+Lm_1A*sin(θm₁) 式(101)

L104A＝L1A+Lm_1A*sin(θm₁-90) 式(102)

L107A＝L1A+Lm_1A*sin(θm₁-180) 式(103)

L110A＝L1A+Lm_1A*sin(θm₁-270) 式(104)

其中，L1A为第一旋转变压器中各电感的直流分量；

Lm_1A为第一旋转变压器中各电感的基波幅值；

θm₁为转子的旋转角度。

参照图2的桥式电路的电路图，由定子检测齿1101A上的线圈构成的桥臂X_AC1的电感L_AC1为：

L_AC1＝L101A＝L1A+Lm_1A*sin(θm₁) 式(105)

由定子检测齿1104A上的线圈构成的桥臂X_AD1的电感L_AD1为：

L_AD1＝L104A＝L1A+Lm_1A*sin(θm₁-90) 式(106)

由定子检测齿1107A上的线圈构成的桥臂X_BC1的电感L_BC1为：

L_BC1＝L107A＝L1A+Lm_1A*sin(θm₁-180) 式(107)

由定子检测齿1110A上的线圈构成的桥臂X_BD1的电感L_BD1为：

L_BD1＝L110A＝L1A+Lm_1A*sin(θm₁-270) 式(108)

由式(101)－(108)可知，桥式电路的四个桥臂的电感的基波分量是依次相差90度的正弦波，通过电路的简单计算很容易求出桥式电路接点C1和接点D1的输出电压是相位差90度的旋转角θm₁的正弦信号，即能够得到关于转子的旋转角度分别成正弦变化和余弦变化的电压信号，此即为现有技术中求取转子的旋转角度所需的基础信号，因此将这些基础信号传送给后续连接的信号处理电路或者经过简单计算即可得到转子的旋转角度θm₁。由此可见第一旋转变压器中，转子每旋转1周线圈的电感变化1个周期，可知上述求得的角度θm₁在0-360度区间是单值的，由此可以用来检测转子的绝对旋转角度。

对于第二旋转变压器，令定子检测齿1101B、1102B、1103B、1104B、1105B、1106B、1107B、1108B、1109B、1110B、1111B、1112B上的线圈的电感分别为L101B、L102B、L103B、L104B、L105B、L106B、L107B、L108B、L109B、L110B、L111B和L112B。由图1b可以看出，随着转子的旋转角度的变化，各定子检测齿与转子凸极之间的间隙发生变化，使得各线圈的电感随之变化。各线圈的电感随转子的旋转角度θm₁的变化可以分别表示为。

L101B＝L105B＝L109B＝L1B+Lm_1B*sin(9θm₁) 式(109)

L102B＝L106B＝L110B＝L1B+Lm_1B*sin(9θm₁+90) 式(110)

L103B＝L107B＝L111B＝L1B+Lm_1B*sin(9θm₁+180) 式(111)

L104B＝L108B＝L112B＝L1B+Lm_1B*sin(9θm₁+270) 式(112)

其中，L1B为第二旋转变压器的各电感的直流分量；

Lm_1B为第二旋转变压器的各电感的基波幅值。

参照图2所示的桥式电路图，由定子检测齿1101B、1105B和1109B上的线圈构成的桥臂X_AC2的电感L_AC2为：

L_AC2＝L101B+L105B+L109B＝3L1B+3Lm_1B*sin(9θm₁) 式(113)

由定子检测齿1102B、1106B和1110B上的线圈构成的桥臂X_AD2的电感L_AD2为：

L_AD2＝L102B+L106B+L110B＝3L1B+3Lm_1B*sin(9θm₁+90) 式(114)

由定子检测齿1103B、1107B和1111B上的线圈构成的桥臂X_BC2的电感L_BC2为：

L_BC2＝L103B+L107B+L111B＝3L1B+3Lm_1B*sin(9θm₁+180) 式(115)

由定子检测齿1104B、1108B和1112B上的线圈构成的桥臂X_BD2的电感L_BD2为：

L_BD2＝L104B+L108B+L112B＝3L1B+3Lm_1B*sin(9θm₁+270) 式(116)

由式(109)-(116)可知，桥式电路的四个桥臂的电感的基波分量是依次相差90度的正弦波，通过电路的简单计算很容易求出桥式电路的接点C2和接点D2的输出电压是相位差90度的旋转角θm₁的正弦信号，即能够得到关于转子的旋转角度分别成正弦变化和余弦变化的电压信号，此即为现有技术中求取转子的旋转角度所需的基础信号，因此将这些基础信号传送给后续连接的信号处理电路或者经过简单计算即可得到转子的旋转角度θm₁。由此可见第二旋转变压器中，转子每旋转1周，线圈的电感变化9个周期，即转子每转40度位置信号变化1个周期，由此与第一旋转变压器的结果结合可以用来细分测试区间，大大提高检测精度。

第二实施例：

第二实施例中，在两个旋转变压器上均设置有定子解耦齿。第一旋转变压器的定子检测齿数为4，转子凸极数为1。第二旋转变压器中定子检测齿数和转子凸极数分别按照4P和Q来取值，此时P取值为2，Q取值为10，因而第二旋转变压器的定子检测齿数为8，转子凸极数为10。第一旋转变压器中，设置有4个定子解耦齿；第二旋转变压器中，设置有8个定子解耦齿。

图4a为本实施例中第一旋转变压器的定转子的截面示意图；图4b为本实施例中第二旋转变压器的定转子的截面示意图。第一旋转变压器和第二旋转变压器中，定子均包括定子铁心，转子均包括转子铁心，定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。第一旋转变压器的4个定子检测齿沿所在的定子铁心内表面均匀分布，第二旋转变压器的8个定子检测齿沿所在的定子铁心内表面均匀分布；在第一旋转变压器和第二旋转变压器的全部定子检测齿之间的正中央的位置设置一个定子解耦齿。

对于第一旋转变压器，每个定子检测齿上绕有1个线圈，4个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为2101A、2102A、2103A、2104A。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，通过电磁仿真选择转子凸极的形状，使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化。

本实施例的第一旋转变压器中，定子线圈共分为4组。每组定子线圈包括1个线圈，每个线圈的电感的直流分量相等，每个线圈的电感的基波幅值相等。各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路，该桥式电路与本实施例中第二旋转变压器中的桥式电路图连接后的电路图可参照第一实施例中的图2，本实施例中该第一旋转变压器中的桥式电路的电路图可参照图2中靠近左侧的部分，只是此时桥式电路的桥臂X_AC1由定子检测齿2101A上的线圈构成，桥臂X_AD1由定子检测齿2102A上的线圈构成，桥臂X_BC1由定子检测齿2103A上的线圈构成，桥臂X_BD1由定子检测齿2104A上的线圈构成。桥式电路的4个接点A1、B1、C1、D1分别用4根引线引出作为第一旋转变压器的引出线801A、802A、803A和804A，其中引出线801A和802A为第一旋转变压器的励磁线，其连接到旋转变压器系统的励磁线上，引出线803A和804A作为旋转变压器系统的第一旋转变压器信号线引出。

对于第二旋转变压器，每个定子检测齿上绕有1个线圈，8个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为2101B、2102B、2103B、2104B、2105B、2106B、2107B、2108B。为了附图的简洁起见，且由于定子检测齿的分布和附图标记是有规律的，因此在图4b中不一一标记各定子检测齿的附图标记，仅给出几个示例。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，通过电磁仿真选择转子凸极的形状，使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化。

本实施例的第二旋转变压器中，定子线圈共分为4组。每组定子线圈包括2个线圈；每个线圈的电感的直流分量相等，每个线圈的电感的基波幅值相等。各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路，该桥式电路的电路图可参照图2中靠近右侧的部分，只是此时桥式电路的桥臂X_AC2由定子检测齿2101B，2105B上的线圈串联构成，桥臂X_AD2由定子检测齿2102B，2106B上的线圈串联构成，桥臂X_BC2由定子检测齿2103B，2107B上的线圈串联构成，桥臂X_BD2由定子检测齿2104B，2108B上的线圈串联构成。同一桥臂中的各线圈的电感的基波相位相等，桥式电路的4个连接节点A2、B2、C2、D2分别用4根引线引出作为旋转变压器的引出线801B、802B、803B和804B，其中引出线801B和802B为第二旋转变压器的励磁线接到旋转变压器系统的励磁线上，引出线803B和804B为旋转变压器系统的第二旋转变压器信号线引出。

本实施例中包括第一旋转变压器和第二旋转变压器的该旋转变压器系统的结构示意图可以借用第一实施例中的附图图3。

基于这样的布置，根据第一实施例中的计算方法，容易得到第一旋转变压器中桥式电路的接点C1和接点D1的输出电压是相位相差90度的关于本实施例中转子的旋转角度θm₂的分别成正弦变化和成余弦变化的电压信号，此即为现有技术中求取转子的旋转角度所需的基础信号，因此将这些基础信号传送给后续连接的信号处理电路或者经过简单计算即可得到转子的旋转角度θm₂。并且可以看到转子每旋转1周电感变化1个周期，可知上述求得的角度θm₂在0-360度区间是单值的，由此可以用来检测转子的绝对旋转角度。

同样，基于这样的布置，根据第一实施例中的计算方法，容易得到第二旋转变压器的桥式电路的接点C2和接点D2的输出电压是相位相差90度的关于本实施例中转子的旋转角度θm₂的分别成正弦变化和成余弦变化的电压信号，此即为现有技术中求取转子的旋转角度所需的基础信号，因此将这些基础信号传送给后续连接的信号处理电路或者经过简单计算即可得到转子的旋转角度θm₂。由此可见本实施例中第二旋转变压器中，转子每旋转1周，线圈的电感变化10个周期，即转子每转36度位置信号变化1个周期，由此与第一旋转变压器的结果结合可以用来细分测试区间，大大提高检测精度。

本实施例中，定子解耦齿设置在两个定子检测齿之间，尤其设置在两个定子检测齿之间正中央的位置。由于设置了定子解耦齿，因此实际测得的电压值与理论上计算的电感值所对应的电压值更为接近，从而使得最终检测的旋转角度的精度大大提高；同时，定子解耦齿的设置使得该旋转变压器的响应快速性大大提高，并且简化了旋转变压器的系统结构。

第三实施例：

第三实施例中，第一旋转变压器中定子检测齿数按4*(M+1)取值，M取值为7，因而第一旋转变压器的定子检测齿数为32，转子凸极数为1。第二旋转变压器中定子检测齿数和转子凸极数分别按4*(K+1)*S和(K+1)*(2N-1)*S取值，K取值为7，S取值为1，N取值为2，因而第二旋转变压器的定子检测齿数为32，转子凸极数为24。

图5a为本实施例中第一旋转变压器的定转子的截面示意图；图5b为本实施例中第二旋转变压器的定转子的截面示意图。第一旋转变压器和第二旋转变压器中，定子均包括定子铁心，转子均包括转子铁心，定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。第一旋转变压器和第二旋转变压器的32个定子检测齿均沿所在的定子铁心内表面均匀分布，第二旋转变压器的24个转子凸极在所在的转子铁心的外圆周上均匀分布。

对于第一旋转变压器，32个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为3101A、3102A、3103A、3104A、3105A、3106A、3107A、3108A、3109A、3110A、3111A、3112A、3113A、3114A、3115A、3116A、3117A、3118A、3119A、3120A、3121A、3122A、3123A、3124A、3125A、3126A、3127A、3128A、3129A、3130A、3131A、3132A。为了附图的简洁起见，且由于定子检测齿的分布和附图标记是有规律的，因此在图5a中不一一标记各定子检测齿的附图标记，仅给出几个示例。本实施例中，选择仅在定子检测齿3101A、3109A、3117A和3125A上各绕1个线圈。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，通过电磁仿真选择转子凸极的形状，使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化。

本实施例的第一旋转变压器中，定子线圈共分为4组。每组定子线圈包括1个线圈；每个线圈的电感的直流分量相等，每个线圈的电感的基波幅值相等。各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路，该桥式电路与本实施例中第二旋转变压器中的桥式电路图连接后的电路图可参照第一实施例中的图2，本实施例中该第一旋转变压器中的桥式电路的电路图可参照图2中靠近左侧的部分，只是此时桥式电路的桥臂X_AC1由定子检测齿3101A上的线圈构成，桥臂X_AD1由定子检测齿3109A上的线圈构成，桥臂X_BC1由定子检测齿3117A上的线圈构成，桥臂X_BD1由定子检测齿3125A上的线圈构成。桥式电路的4个接点A1、B1、C1、D1分别用4根引线引出作为第一旋转变压器的引出线801A、802A、803A和804A，其中引出线801A和802A为第一旋转变压器的励磁线，其连接到旋转变压器系统的励磁线上，引出线803A和804A作为旋转变压器系统的第一旋转变压器信号线引出。

对于第二旋转变压器，32个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为3101B、3102B、3103B、3104B、3105B、3106B、3107B、3108B、3109B、3110B、3111B、3112B、3113B、3114B、3115B、3116B、3117B、3118B、3119B、3120B、3121B、3122B、3123B、3124B、3125B、3126B、3127B、3128B、3129B、3130B、3131B、3132B。为了附图的简洁起见，且由于定子检测齿的分布和附图标记是有规律的，因此在图5b中不一一标记各定子检测齿的附图标记，仅给出几个示例。本实施例中，仅在定子检测齿3101B、3102B、3103B、3104B、3109B、3110B、3111B、3112B、3117B、3118B、3119B、3120B、3125B、3126B、3127B、3128B上绕有线圈。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，通过电磁仿真选择转子凸极的形状，使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化。

本实施例的第二旋转变压器中，定子线圈共分为4组。每组定子线圈包括4个线圈；每个线圈的电感的直流分量相等，每个线圈的电感的基波幅值相等。各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路，该桥式电路的电路图可参照图2中靠近右侧的部分，只是此时桥式电路的桥臂X_AC2由定子检测齿3101B、3109B、3117B、3125B上的线圈串联构成，桥臂X_AD2由定子检测齿3102B、3110B、3118B、3126B上的线圈串联构成，桥臂X_BC2由定子检测齿3103B、3111B、3119B、3127B上的线圈串联构成，桥臂X_BD2由定子检测齿3104、3112、3120、3128上的线圈串联构成。同一桥臂中的各电感的基波相位相等，桥式电路的4个接点A2、B2、C2、D2分别用4根引线引出作为旋转变压器的引出线801B、802B、803B和804B，其中引出线801B和802B为第二旋转变压器的励磁线接到旋转变压器系统的励磁线上，引出线803B和804B为旋转变压器系统的第二旋转变压器信号线引出。

本实施例中包括第一旋转变压器和第二旋转变压器的该旋转变压器系统的结构示意图可以借用第一实施例中的附图图3。

基于这样的布置，根据第一实施例中的计算方法，容易得到第一旋转变压器中桥式电路的接点C1和接点D1的输出电压是相位相差90度的关于本实施例中转子的旋转角度θm₃的分别成正弦变化和成余弦变化的电压信号，此即为现有技术中求取转子的旋转角度所需的基础信号，因此将这些基础信号传送给后续连接的信号处理电路或者经过简单计算即可得到转子的旋转角度θm₃。并且可以看到转子每旋转1周电感变化1个周期，可知上述求得的角度θm₃在0-360度区间是单值的，由此可以用来检测转子的绝对旋转角度。

同样，基于这样的布置，根据第一实施例中的计算方法，容易得到第二旋转变压器的桥式电路的接点C2和接点D2的输出电压是相位相差90度的关于本实施例中转子的旋转角度θm₃的分别成正弦变化和成余弦变化的电压信号，此即为现有技术中求取转子的旋转角度所需的基础信号，因此将这些基础信号传送给后续连接的信号处理电路或者经过简单计算即可得到转子的旋转角度θm₃。由此可见本实施例中第二旋转变压器中，转子每旋转1周，线圈的电感变化24个周期，即转子每转15度位置信号变化1个周期，由此与第一旋转变压器的结果结合可以用来细分测试区间，大大提高检测精度。

以上实施例中，对转子凸极的形状的设置均使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化，在本实用新型中，也可以设置转子凸极的形状以使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈三角波变化。

上述三个实施例中，由于各实施例之间差异较大的为定子检测齿、转子凸极和定子解耦齿的分布，在系统构造上相差不大，因此各实施例之间定子检测齿的附图标记予以区分，其余相应部件采用相同的附图标记。

上述实施例中，转子均布置在定子的内部；在本实用新型中，转子也可以布置在定子的外部。

本实用新型还提出了一种具有上述旋转变压器系统的旋转体。该旋转体包括旋转体本体和上述旋转变压器系统。其中，旋转变压器系统的旋转角度与旋转体本体的旋转角度成规则的关系，因此能够由旋转变压器系统检测的角度得到旋转体本体的旋转角度。

第四实施例：

第四实施例中，旋转体本体为电动机，旋转变压器系统以包括两个旋转变压器为例。图6所示为本实施例中旋转体的结构示意图。图6中，401表示旋转变压器系统与电动机共用的机壳，4021表示旋转变压器系统的第一旋转变压器的定子，4022表示旋转变压器系统的第二旋转变压器的定子；403表示电动机的定子；4041表示旋转变压器系统的第一旋转变压器的转子铁心，4042表示旋转变压器系统的第二旋转变压器的转子铁心，405表示电动机的转子铁心，第一旋转变压器的转子铁心4041、第二旋转变压器的转子铁心4042与电动机的转子铁心405一同旋转，406表示转轴，4071、4072分别表示前后端盖，408表示轴承，保证转子相对定子顺畅转动，4091、4092、4093、4094、4095、4096表示旋转变压器系统的引出线，4091和4092为第一旋转变压器和第二旋转变压器共用的励磁线，4093、4094为第一旋转变压器的独立的信号线、4095和4096为第二旋转变压器的独立的信号线，4010表示电动机的引线，40111表示第一旋转变压器的线圈，40112表示第二旋转变压器的线圈，4012表示电动机线圈。本实施例中，旋转体为旋转变压器系统与电动机本体构成一体的一体式电动机。

第五实施例：

第五实施例中，旋转体本体为电动机，旋转变压器系统以包括两个旋转变压器为例。图7所示为本实施例中旋转体的结构示意图。图7中，501表示旋转变压器系统，502表示电动机，503表示电动机转轴，5041和5042分别表示旋转变压器系统的第一旋转变压器的引出线组和第二旋转变压器的引出线组，505表示电动机引线，506为螺钉。本实施例中，旋转变压器系统501安装在电动机本体502的端部，电动机转轴503与旋转变压器系统的转轴用联轴节连接同步旋转(图7中未示出)。由此可见，本实施例中，旋转体为旋转变压器系统与电动机本体构成的分体式结构。

本实用新型旋转变压器系统和具有这种旋转变压器系统的旋转体采用至少两个旋转变压器，尤其是磁阻式旋转变压器，一个旋转变压器检测得到的角度在转子转动的0-360度区间为单值，另一个或多个旋转变压器在转子转动的0-360度区间内进行2个或2个以上周期地检测，与前一个旋转变压器的结果结合可以用来细分测试区间，从而大大提高了检测精度。同时，本实用新型能够在每个定子检测齿上最多绕一个线圈，大大简化了生产工艺，有效防止了由于绕组的位置不同使得旋转变压器的一致性受到不利影响，并克服了现有技术中同一定子齿上不同绕组间的短路风险。此外，本实用新型还可设置定子解耦齿，有效减小或消除了绕有线圈的不同的定子检测齿之间的磁耦合干扰，从而进一步提高了本实用新型的可靠性。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。