可轴向移动的无接触式旋转变压器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及旋转变压器技术领域，尤其涉及一种无接触式旋转变压器。
【背景技术】
[0002] 在一般的旋转运动中，运动部件在轴承的支撑下，只做旋转运动。静止部分和转动 部分之间轴向的相对位置是不做变化的。但在某些特殊场合下，除了要求运动部件做旋转 运动之外，还需做轴向运动。这就要求与之相配的速度和位置传感元件，也必须有这样功 能。旋转变压器是用在做旋转运动时的角度位置和旋转速度的传感器。传统旋转变压器的 结构和原理只适应做旋转运动，而不能同时允许轴向移动，否则参数和性能会发生变化、变 坏，而无法起到应有的作用。
[0003] 旋转变压器一般包括磁阻式旋转变压器和无接触式旋转变压器，而早期的有刷旋 变目前已被淘汰，退出应用。与磁阻式旋转变压器相比较，无接触式旋转变压器结构复杂， 构成可轴向运动的形式难度更大、更加不易。磁阻式旋转变压器的转子上没有绕组，输出、 输入绕组都在同一套定子槽内。但无接触式旋转变压器有两套磁路和绕组系统，一套磁路 和绕组系统与传统的旋转变压器一样，称为旋变系统；还有一套同心式的环形变压器，同样 有自己独立的定转子磁路和绕组系统，称为环变系统。通常形式的无接触式旋转变压器如 图1所示，其中A表示旋变部分，B表示环变部分。一般的无接触式旋转变压器通常包括旋 变转子1、机壳2、旋变定子3、引出线4、引线塞5、环变定子铁芯6、环变定子绕组7、环变转 子绕组8、环变转子铁芯9、转轴10。图2是无接触旋转变压器的原理图，其中C表示旋变部 分，D表示环变部分。无接触式的转子上虽然有绕组，但其电信号的输入、输出是通过环变 实现的，这也就实现了无接触。
[0004] 从图1可以看出，旋转变压器无法做轴向运动，如果有了轴向位移，定转子之间 磁路无法对齐，磁路耦合情况发生变化，电磁参数和性能都会发生变化，定转子之间无法感 应。尤其是环变部分，由于环变轴向磁路较窄，更难以工作。如图3所示，定转子的磁中心 线不相重和，这时随着转子轴向位移的加大，彼此相覆盖的面积逐渐减小。与定转子轴向铁 芯中心相重合时相比，由于親合面积减小，输出信号减小、电气误差变大，其他电磁参数也 要相应发生变化。若轴向变化过大，以至于彼此脱离，那时就没有耦合了，更无法工作。可 以看出，当存在图3这种在有轴向偏移时，如何确定铁芯轴向长度的尺寸和结构，使之仍实 现彼此铁芯的覆盖面积不变、磁路计算理论尺寸不变，以保持电磁参数不变、性能不变，是 解决问题的关键。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，提供一种可轴向移动的无接触式旋转变压器，解决以上技术 问题。
[0006] 本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
[0007] 可轴向移动的无接触式旋转变压器，包括旋变定子和旋变转子、环变定子铁芯和 环变定子绕组、环变转子铁芯和环变转子绕组；
[0008] 所述旋变定子铁芯轴向长度和所述旋变转子铁芯轴向长度不同；
[0009] 所述环变定子铁芯的轴向长度和所述环变转子铁芯的轴向长度不同；
[0010] 旋变部分：
[0011] 首先由电磁计算确定旋变定子或旋变转子中较短一方铁芯轴向长度，而较长一方 铁芯采用如下方式确定：
[0012] Lc=LD+Lx+(2 ~4)δ (1)
[0013] 其中，1^为旋变定子或旋变转子中较长一方铁芯轴向长度；
[0014] LD为旋变定子或旋变转子中较短一方铁芯轴向长度；
[0015] Lx为轴向运动时的最大距离；
[0016] δ为气隙长度；
[0017] 环变部分：
[0018] 首先由电磁计算确定环变定子铁芯一侧端环轴向宽度bhs、环变转子置放绕组的空 间宽度bhlT，则：
[0019] 环变定子置放绕组的空间宽度bhsr:bhsr=bh"+Lx (2)
[0020] 环变定子轴向总长度Lhs:Lhs=bhsr+2bhs (3)
[0021] 环变转子轴向总长度Lhr:Lhr= 2Lx+bhrr+2bhs+Δ(4)
[0022] 其中，Lx为轴向运动时的最大距离；
[0023] Δ= (1 ~2)mm〇
[0024] 本发明考虑到整机应用中，由于结构、尺寸配合及加工精度的问题，可能造成轴向 尺寸不精确。所以取Λ作为加长裕度，以作补偿。
[0025] 当所述旋变定子铁芯轴向长度和所述旋变转子铁芯轴向长度不同时，较短一方铁 芯轴向长度可以根据电磁参数及结构需要，采用传统方法计算，来确定长度。同理，当所述 环变定子铁芯的轴向长度和所述环变转子铁芯的轴向长度不同时，环变定子铁芯一侧端环 轴向宽度bhs、环变转子置放绕组的空间宽度bh"也由常规电磁设计确定。
[0026] 在所有轴向运动中，较长一方铁芯必须完全覆盖较短一方铁芯，本发明采用上述 方式确定铁芯长度，使得在有轴向偏移时，定子和转子彼此覆盖的面积仍能保持不变，同时 解决由于轴向偏移带来的计算中问题，确定合适的、正确的几何尺寸，实现性能不变、参数 不变。
[0027] 采用上述原则的旋转变压器，作为角度、速度传感器使用时，允许除做旋转运动 外，同时可在一定范围内做轴向运动，而其参数和性能保持不变。
[0028] 在电磁计算中，有效铁芯长度是指参与计算的长度，不同于一般实际的铁芯长度， 有效铁芯长度必须考虑到磁场的端部边缘效应，本发明采用如下方法计算有效铁芯长度：
[0029] 旋变铁芯长度Lxg:Lxe=LD+3δ(5)
[0030] 其中，LD为旋变定子或旋变转子中较短一方铁芯轴向长度；
[0031] δ为气隙长度；
[0032] 环变铁芯长度Lhg:Lhe=bhs+3δ(6)
[0033] 其中，bhs为环变定子铁芯一侧端环轴向宽度。
[0034] 在设计中，定子或转子铁芯长度的确定是关键。在电磁设计中，和气隙及铁芯长度 有关的参数是计算有效铁芯长度。定转子之间的气隙的径向尺寸称作为气隙长度，在作电 磁计算时，应考虑到气隙的边缘效应，所以不能简单的把几何上的铁芯长度尺寸当作电磁 计算参数。本发明的电磁设计方法，能解决由于轴向偏移带来的计算问题。
[0035] 在所述旋变定子铁芯轴向长度和所述旋变转子铁芯轴向长度不同时，可以根据具 体情况选择长短，但是优选采用所述旋变转子铁芯轴向长度长于所述旋变定子铁芯轴向长 度。
[0036] 在所述环变定子铁芯的轴向长度和所述环变转子铁芯的轴向长度不同时，环变定 子置放绕组的空间宽度长于环变转子置放绕组的空间宽度，以适应磁路需要。
[0037] 有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明设计的旋转变压器，在允许除做旋转 运动外，同时可在一定范围内做轴向运动，而其参数和性能保持不变。
【附图说明】
[0038] 图1为常规形式的无接触式旋转变压器的内部结构示意图；
[0039] 图2为无接触式旋转变压器的原理图；
[0040] 图3为常规形式的无接触式旋转变压器定转子之间有轴向移动时位置变化情况 示意图；
[0041] 图4a)为定转子铁芯轴向中心线一致时的位置示意图；
[0042] 图4b)为转子轴向向左移动最大时的位置示意图；
[0043] 图4c)为转子轴向向右移动最大时的位置示意图；
[0044] 图5为无接触式旋转变压器在采用长转子时的结构尺寸示意图；
[0045] 图6为定转子铁芯不等时的磁场不意图。
【具体实施方式】
[0046] 为了本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合 具体图示，进一步阐述本发