旋转变压器的制作方法

本申请要求于2015年11月13日在韩国提交的第10-2015-0159823号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的公开内容以引用方式并入本文中。本公开涉及用于检测旋转装置的旋转角的装置，更具体地，涉及旋转变压器。
背景技术：
：在控制旋转装置(例如，电动机)时，应精确且迅速地检测旋转信息。在控制旋转装置时，应借助于安装在旋转轴处的旋转角检测装置准确地测量旋转体的移动或旋转位置。已经采用旋转变压器和编码器用于此类测量，并且这些检测装置有优点和缺点。旋转变压器直接检测转子的绝对位置并且借助于转子的位置变化来计算旋转方向和旋转速度。电动助力转向(EPS)用于车辆中以通过用电池驱动电动机来辅助把手的操作。与借助于发动机的旋转力产生液压的情况相比，电动助力转向因有效系统具有发动机的小功率损耗而受到关注。由于EPS需要精确控制，因此，需要精确检测电动机的旋转角的旋转角检测装置，并且旋转角检测装置要求高可靠性。作为此类用于车辆的旋转角检测装置，使用与编码器相比具有更高环境抗性的旋转变压器。旋转变压器是一种用于精确测量电动机的旋转速度和旋转角的传感器。一般而言，旋转变压器具有相对简单的结构，其中励磁线圈和输出线圈都位于定子处并且椭圆形或多极转子位于定子的内侧。具有这种结构的旋转变压器在第1996-178610号日本未经审查的专利公开案中公开。图1是上述日本未经审查的专利公开案中的示意图，并且旋转变压器包括转子10以及被配置成面向转子10的环形定子11，转子10具有穿过其设置的旋转轴，转子10和定子11具有间隙。转子10具有沿着其外圆周形成的多个凸极10a，以及环形定子11具有沿着其内圆周交替形成的多个齿11b和多个狭槽11a。此外，励磁线圈和输出线圈缠绕在定子11的齿11b上，并且励磁线圈和输出线圈容纳在狭槽11a中。此处，输出线圈包括第一输出线圈和第二输出线圈。如果励磁功率施加到励磁线圈并且旋转轴旋转，那么从第一输出线圈和第二输出线圈输出正弦信号和余弦信号，并且可以通过对信号进行分析来获知旋转变压器的旋转角。如上文所述，在旋转变压器中，缠绕在定子11的齿11b上的线圈是用于输入和输出信号的重要元件，并且因此，当在旋转角检测装置(诸如，旋转变压器)处缠绕线圈时，需要精确设计。例如，如果线圈更多地缠绕在齿11b上，那么在齿11b之间的狭槽11a处由线圈占据的面积增加，从而在缠绕在两个相邻齿11b上的线圈之间出现电干涉并且造成误差。如果线圈更少地缠绕在齿11b上，那么输出线圈的感应电压的变压比降低，从而变得易受外部噪声影响。相关文献专利文献(专利文献1)第1996-178610号日本未经审查的专利公开案技术实现要素：技术问题本公开是根据这样的技术需求设计的，因此本公开涉及提供受外部噪声影响较小并且在旋转角的检测中具有减小的误差的旋转变压器。技术方案在本公开的一方面，提供了一种旋转变压器，其包括：定子，由磁性材料组成并且具有交替形成在其内侧处的多个齿和多个狭槽；绝缘盖，分别具有形成在内侧处的、与所述齿相对应的齿绝缘单元，并且在所述定子的上表面和下表面处安装至所述定子；以及线圈，缠绕在所述齿上，并且所述齿绝缘单元插入所述线圈与所述齿之间，其中由下列方程式限定并且表示在固定所述绝缘盖的狭槽中由线圈占据的面积比的每狭槽的线圈占据比为35％或更低：方程式每狭槽的线圈占据比＝(在单个狭槽中的线圈占据的面积)/(单个狭槽的面积)其中，所述线圈包括单相或多相的励磁线圈和单相或多相的输出线圈。每狭槽的线圈占据比可以为3％或更高。在固定绝缘盖的狭槽中，缠绕在相邻两个齿上的线圈之间的最短距离可以为4mm或更高。励磁线圈和输出线圈可以具有彼此不同的直径。旋转变压器还可包括转子，该转子由磁性材料组成并且配置成基于旋转轴旋转，以与定子一起改变间隙磁导。转子可以是设置在定子的内部中心处的内部类型转子。转子和定子可以通过对预定厚度的多个磁钢板进行层压而形成。可通过将磁钢板制造成具有在其内侧处交替形成的多个齿和多个狭槽的环形形状并且随后对磁钢板进行层压来制备定子。转子可以为环形，其具有形成在转子的中心部分的通孔以使得旋转轴插入该通孔中，以及形成在外圆周处的多个凸极以改变间隙磁导。凸极可以具有直径至少小于转子的直径的弧形形状。弧形的中心可以设置成与转子的中心间隔开预定距离，并且多个凸极的弧形可以具有相同直径。在本公开的另一方面，也提供了一种旋转变压器，其包括：定子，该定子由磁性材料组成并且具有在其内侧上交替形成的多个齿和多个狭槽；绝缘盖，分别具有形成在其内侧处的、与所述齿相对应的齿绝缘单元，并且在所述定子的上表面和下表面处安装至所述定子；以及缠绕在所述齿上的线圈，并且所述齿绝缘单元插入所述线圈与所述齿之间。其中，在固定所述绝缘盖的狭槽中，缠绕在相邻两个齿上的线圈之间的最短距离为4mm或更高，并且所述线圈包括单相或多相的励磁线圈和单相或多相的输出线圈。励磁线圈和输出线圈可以具有彼此不同的直径。旋转变压器还可包括转子，该转子由磁性材料组成并且配置成基于旋转轴旋转，以与定子一起改变间隙磁导。转子可以是设置在定子的内部中心的内部类型转子。转子和定子可以是通过对预定厚度的多个磁钢板进行层压而形成的钢板层压件。可通过将磁钢板制造成具有在内侧处交替形成的多个齿和多个狭槽的环形形状并且随后对磁钢板进行层压来制备定子。转子可以为环形，其具有形成在其中心部分处的通孔以使得旋转轴插入该通孔中，以及形成在外圆周处的多个凸极，以改变间隙磁导。凸极可以具有直径至少小于转子的直径的弧形形状。弧形的中心可以设置成与转子的中心间隔开预定距离，并且多个凸极的弧形可以具有相同直径。有益效果由于旋转变压器受外部噪声影响较小并且具有提高精度的输出波形，因此本公开的旋转变压器可以精确测量诸如电动机的旋转装置的旋转角。本公开的旋转变压器可以通过降低在相邻齿处产生的磁通之间的干涉而具有提高的产品性能。附图说明图1是示出相关技术中的旋转变压器的示意图。图2是示出根据本公开的实施方式的旋转变压器的立体图。图3是示出图2的旋转变压器的局部平面图。图4是示出根据本公开的实施方式的旋转变压器的转子的示意图。图5是图3的部分A的放大图。图6是示出根据本公开的实施方式的线圈之间的最短距离的示意图。图7是示出根据本公开的实施方式的旋转变压器的测试环境的示意图。图8至图16是示出作为样品制备的每个旋转变压器的误差率的曲线图。具体实施方式本公开的上述目标、特征和优点根据实施方式的参考附图的下列描述将变得清楚，应当认为一般技术人员可以通过以下描述容易地实践本公开的技术特征。此外，如果会使本公开的主题模糊，则可省略与本公开相关的现有技术的任何说明。在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施方式。图2是示出根据本公开的实施方式的旋转变压器的立体图，图3是示出图2的旋转变压器的局部平面图，以及图4是示出根据本公开的实施方式的旋转变压器的转子的示意图。参考图2至图4，本实施方式的旋转变压器包括转子300、由磁性材料组成并且具有沿着其内圆周交替形成的多个齿111和多个狭槽112的定子110、安装到定子110的上表面和下表面两者的环形绝缘盖120，以及分别缠绕在齿111上的线圈140，其中绝缘盖120插入它们之间。转子300是环形铁磁体，该环形铁磁体具有在其中心部分形成的通孔301，以使得旋转轴插过通孔301。转子300可以通过对预定厚度的磁钢板进行层压而形成。转子300用作设置在定子110的内部中心处的内部类型铁磁体，并且具有沿着其外圆周形成的多个凸极，以在基于旋转轴旋转的同时与定子110一起改变间隙磁导。此时，转子300的凸极具有弧形形状，该弧形形状的直径R2小于转子300的直径R1。凸极的弧形的中心C2设置成与转子300的中心C1间隔开预定距离，并且每个凸极的弧形的直径R2可以彼此相同。定子110用作环形铁磁体，该环形铁磁体具有沿着其内圆周形成的以间隙面向转子300的多个齿111，以及相邻齿111之间的狭槽112。可通过将磁钢板制造成具有在其内侧上交替形成的多个齿111和多个狭槽112的环形形状并且将磁钢板进行层压来制备定子110。绝缘盖120安装至定子110的上表面和下表面两者，并且包括上绝缘盖和下绝缘盖。绝缘盖120具有沿着其内圆周以规律的间隔形成以覆盖定子110的齿111的多个齿绝缘单元121。由于绝缘盖120安装至定子110的上表面和下表面，因此，齿绝缘单元121覆盖齿111的上表面和下表面。在绝缘盖120安装并固定至定子110的上表面和下表面两者的状态下，线圈140缠绕在齿绝缘单元121上。换言之，线圈140以齿绝缘单元121插入线圈与齿之间的方式缠绕在齿111上，而不直接接触齿111。由于线圈140以齿绝缘单元121插入线圈与齿之间的方式缠绕在齿111上，因此，线圈140容纳在狭槽112中。线圈可以包括单相励磁线圈和双相输出线圈。双相输出线圈的一个输出线圈输出正弦信号，并且另一输出线圈输出余弦信号。如果励磁电压施加到励磁线圈并且旋转轴旋转，那么第一输出线圈和第二输出线圈输出正弦信号和余弦信号，并且可通过分析信号来获知旋转变压器的旋转角。在该旋转变压器中，当线圈以齿绝缘单元121插入线圈与齿之间的方式缠绕在齿111上并且在绝缘盖120固定的状态下容纳在狭槽112中时，表示在单个狭槽112的面积中被线圈占据的面积比的每狭槽的线圈占据比对旋转变压器的性能产生严重影响。每狭槽的线圈占据比可以表示为下列方程1。方程式1每狭槽的线圈占据比＝(单个狭槽中由线圈占据的面积)/(单个狭槽的面积)下文将参考图2至图5更详细地描述占据比。图5是图3的部分A的放大图。如上文参考图2和图3所述，多个齿111和多个狭槽112沿着定子110的内圆周交替形成。此外，绝缘盖120安装并固定至定子110的上表面和下表面。与定子110的齿111相对应的齿绝缘单元121形成在绝缘盖120的内圆周上，以在定子110的每个齿11的上表面和下表面覆盖定子110的每个齿11。此时，当在平面上观察时，覆盖齿111的齿绝缘单元121稍微大于齿111。换言之，如图5所示，齿绝缘单元121可以具有宽度裕量(α)，以使得其宽度稍微大于齿111的宽度。因此，在该实施方式和所附权利要求中，狭槽112的面积可以被理解为排除宽度裕量的面积之后的面积。换言之，在该实施方式中，单个狭槽112的面积不是两个相邻齿111之间的面积，而是两个相邻齿绝缘单元121之间的面积。此外，如图5所示，单个狭槽111的面积是顶点与两个相邻齿绝缘单元121的四个点(a、b、c、d)相对应的图形的面积。在狭槽112的面积中，可以通过线圈140的匝数和每个线圈140的直径得到被线圈140占据的面积。例如，如果在两个相邻齿绝缘单元121的每个处，励磁线圈的匝数为n以及输出线圈的匝数为m(假定第一输出线圈和第二输出线圈具有相同半径)，那么可以通过下列方程式2得到容纳在两个齿绝缘单元121之间的槽112中的线圈140的面积。方程式2线圈的面积＝2nπr12+4mπr22此处，r1表示励磁线圈的半径，以及r2表示输出线圈的半径。通常，当励磁线圈缠绕在齿绝缘单元121上时需要的输出线圈的最小匝数可以通过下列方程式3得到。在方程式3中，a表示励磁线圈的匝数，b表示变压比，c表示定子与转子之间的最小空气间隙，d表示每个线圈的截面面积，以及e表示输入电压。方程式3通常，输入到励磁线圈的输入电压为至少4Vrms并且具有10kHz的频率。此时，用作铁磁体的定子和转子的磁通密度不应饱和，因此，输入到励磁线圈的输入电流的最大幅值是0.5A。如果励磁线圈的最小匝数被确定以满足该条件，那么根据方程式3确定输出线圈的最小匝数。如果使用所确定的励磁线圈和输出线圈的匝数、励磁线圈和输出线圈的半径以及齿绝缘单元121之间的狭槽112的面积来计算占据比，那么它变成最小占据比，并且这个最小占据比为3％。换言之，如果狭槽112中的线圈占据比变得小于3％，那么输入到励磁线圈的输入电流增加，因此损坏施加输入电压的电路，并且此外，磁通密度增加以使输出电压(即，感应电压)的波形畸变。此外，在输出线圈处产生的感应电压的变压比降低，从而易受外部噪声影响。因此，每狭槽的线圈占据比应为至少3％。由输入到励磁线圈的输入电流产生的磁通使输出线圈相互链接，以产生感应电压。由输入电流产生的正常磁通链接到转子。此时，由输入电流产生的磁通链接到转子以产生涡电流，并且所述涡电流在与正常输入磁通相反的方向上产生。此外，由第一输出线圈和第二输出线圈处产生的感应电压生成的磁通分量彼此冲突，以对彼此产生影响。如上所述，由输出线圈的感应电压产生的涡电流和磁通分量使输出部分的感应电压畸变，以使旋转变压器的性能恶化。为了最小化输出侧的感应电压的这种畸变，每狭槽的线圈占据比应为35％或更低。换言之，当每狭槽的线圈占据比在3％到35％的范围内时，可以降低旋转变压器的性能的恶化。同时，当缠绕在两个相邻齿111的第一齿上的线圈与缠绕在其第二齿上的线圈之间维持一定距离时，磁通可以平稳流动。如果缠绕在两个相邻齿111的第一齿上的线圈与缠绕在其第二齿上的线圈之间的距离更小，那么分别在齿111处产生的磁通可以彼此干涉，从而可以导致输出波形的畸变，并且因此在检测旋转角时产生误差。为了减少这种误差，在狭槽112中，在缠绕在两个相邻齿111上的线圈之间应确保一定距离，并且线圈之间的最短距离应为4mm或更大。图6是示出根据本公开的实施方式的线圈之间的最短距离(lmin)的示意图。在下文中，将参考下表1来描述根据每狭槽的线圈占据比和线圈之间的最短距离的旋转变压器的性能测试的结果。样品的制备制备具有二十四个狭槽112的定子110、绝缘盖120、具有八个凸极的转子300以及线圈140。此时，定子110和转子300是具有高磁导率的铁磁体，并且通过对0.5mm厚度的钢板进行层压而制造成，以降低铁心损耗。在定子110和绝缘盖120组装之后，励磁线圈和输出线圈通过圆形缠绕机器缠绕在每个狭槽112上，以制造旋转变压器。总共制备九个旋转变压器，并且每个旋转变压器被制造成具有如下列表1中的占据比和线圈之间的最短距离。误差率的测量图7是示出根据本公开的实施方式的旋转变压器的测试环境的示意图。在如上文关于样品制备所述来制备了每个旋转变压器之后，每个旋转变压器630联接至电动机610的旋转轴的一端，并且编码器620联接至旋转轴的另一端。此外，计算器640分析旋转变压器630和编码器620的输出波形。详细地讲，在电动机610的旋转轴操作之后，计算器640通过分析旋转变压器630的输出波形来计算旋转角分布，并且通过将该旋转角分布与编码器620的旋转角分布进行比较来计算误差率。每个旋转变压器630测试十次，其中最大的误差率被定义为最大误差率。通常，旋转变压器需要具有0.5或更低的最大误差率。图8至图16是示出被制备为样品的每个旋转变压器的误差率的曲线图，并且每个曲线图示出在每个旋转变压器630测试十次时在发现最大误差率的测试中根据时间的误差率。图8至图12是分别示出表1的实例1至5的误差率的曲线图，以及图13至图16是分别示出表1的比较实例1到4的误差率的曲线图。参考图8，实例1的旋转变压器具有最大值为0.3的正误差率和最大值为-0.36的负误差率。因此，最大误差率为0.36，这是负误差率的绝对值。参考图9，实例2的旋转变压器具有最大值为0.32的正误差率和最大值为-0.33的负误差率。因此，最大误差率为0.33，这是负误差率的绝对值。参考图10，实例3的旋转变压器具有最大值为0.29的正误差率和最大值为-0.29的负误差率。因此，最大误差率是0.29。参考图11，实例4的旋转变压器具有最大值为0.39的正误差率和最大值为-0.42的负误差率。因此，最大误差率为0.42，这是负误差率的绝对值。参考图12，实例5的旋转变压器具有最大值为0.48的正误差率和最大值为-0.44的负误差率。因此，最大误差率为0.48。参考图13，比较实例1的旋转变压器具有最大值为0.61的正误差率和最大值为-0.12的负误差率。因此，最大误差率为0.61。参考图14，比较实例2的旋转变压器具有最大值为0.24的正误差率和最大值为-0.52的负误差率。因此，最大误差率为0.52，这是负误差率的绝对值。参考图15，比较实例3的旋转变压器具有最大值为0.64的正误差率和最大值为-0.21的负误差率。因此，最大误差率为0.64。参考图16，比较实例4的旋转变压器具有最大值为0.61的正误差率和最大值为-0.23的负误差率。因此，最大误差率为0.61。上述结果在下表1中列出。表1占据比最短距离最大误差率实例1322.20.36实例2323.70.33实例3324.50.29实例4374.50.42实例5424.50.48比较实例1372.20.61比较实例2373.70.52比较实例3422.20.64比较实例4423.70.61在表1中，在实例1和2中，可以发现，即使狭槽112中的线圈之间的最短距离小于4mm，但是如果线圈占据比为35％或更低，那么最大误差率为0.5或更低，从而满足产品需求。同时，在比较实例1到4中，可以发现，如果狭槽112中的线圈之间的最短距离小于4mm并且线圈占据比大于35％，那么最大误差率大于0.5，从而不满足产品需求。具体而言，如果实例1和2与实例3比较，那么当狭槽112的线圈之间的最短距离为4mm或更高并且线圈占据比为35％或更低时的最大误差率低于当狭槽112中的线圈之间的最短距离小于4mm并且占据比为35％或更低时的最大误差率。换言之，可以发现，当狭槽112中的线圈之间的最短距离为4mm或更高并且占据比为35％或更低时，获得最佳性能。在实例5中，可以发现，即使狭槽112中的线圈占据比大于35％，如果线圈之间的最短距离为4mm或更高，那么最大误差率为0.48，这低于0.5并且因此满足产品需求。同时，在比较实例1到4中，如果狭槽112中的线圈占据比大于35％并且线圈之间的最短距离小于4mm，那么最大误差率大于0.5并且因此不满足产品需求。换言之，如果满足狭槽112中的线圈之间的最短距离为4mm或更高的条件和线圈占据比为35％或更低的条件中的任一条件，那么旋转变压器具有0.5或更低的最大误差率并且因此满足产品需求。此外，如果这两个条件都满足，那么最大误差率进一步低于只满足两个条件中的一个条件的情况，从而确保更佳性能。同时，如果两个条件都不满足，那么最大误差率大于0.5并且因此不满足产品需求。尽管本公开包括很多特征，但此类特征不应被解释为限制本公开或权利要求书的范围。此外，本公开的各个实施方式中描述的特征可以在单个实施方式中组合实施。相反，本公开的单个实施方式中描述的多种特征可以在各种实施方式中实施，单独实施或以适当的组合的方式实施。所属领域的技术人员应了解，在不脱离本公开的技术方面的情况下，可以对本公开进行多种改编、更改和变化，并且上文所述的本公开不受所公开的实施方式和附图限制。当前第1页1 2 3