专利名称：磁阻式两相励磁无刷移相器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量和传输轴转角和转速的传感器，尤其涉及磁阻式励磁移相器。
磁阻式两相励磁无刷移相器，主要用于角度测量、转速测量和相应侍服控制系统中。它是利用电磁感应原理将机械转角和转速精确转换成幅值不变但其相位随着转子角位置变化而做线性变化的电信号的一种电磁感应式机电元件。能以转角的电气输出来提供转角的位置，或者远距离传输一个角度，可以实现机械上不固联的两轴之间的同步旋转，即实现角度跟踪和侍服控制。
移相器是一种特殊的旋转变压器，在坐标变换和数据传输系统中可用作精密的转换器件。常见的移相器其转子上有1-2个绕组，定子上有2个绕组，根据绕组的配置和传输比率的不同，可构成不同形式的移相器。目前，用于转角测量和传输的装置有多速率同步解算器、无触点自整角机、无刷同步器、混合式同步器、霍尔效应同步器等。这些装置在结构上和信号处理电路上都比较复杂，需要使用专用的集成电路芯片。因此，造价高，推广应用受到了很大的局限性。
本实用新型的目的在于提供一种磁阻式两相励磁无刷移相器。该移相器结构简单，与同类产品相比体积小，加工工艺简便，成本低，可在高温、腐蚀、强干扰的恶劣环境下可靠运行。
本实用新型是这样实现的一种磁阻式两相励磁无刷移相器，包括定子、转子、线圈绕组、机座壳体、转子轴、端盖、接线盒和电子线路板，定子镶嵌在机座壳体内，其特征是定子和转子由电工硅钢片叠压制成，定子上开有大槽，大槽内嵌入输入绕组和输出绕组，输入绕组为两组励磁绕组，接线盒安装在机座壳体上，接线盒内装有电子线路板，电子线路板包括信号处理电路和两相正交励磁电源电路。
在上述的磁阻式两相励磁多极移相器中，定子冲片在大齿端部均匀分布小齿，转子冲片的外圆端部均匀分布小齿。
在上述的磁阻式两相励磁多极移相器中，转子轴伸端的端盖外侧装有迷宫环和迷宫环盖。
在上述的磁阻式两相励磁多极移相器中，两组励磁绕组是相同的，分别按节距嵌入定子大槽内，并输入两相正交励磁电源，输出绕组按节距嵌入定子大槽内。
在上述的磁阻式两相励磁多极移相器中，两相正交励磁电源电路包括时钟振荡器、分频电路、分相电路，分相电路将一相时钟源分成两相正交激励源，分别接前置放大电路、电平转换电路和功率驱动电路，信号处理电路接收输出绕组的输出信号，经过输入隔离电路、滤波电路、比例放大电路、整形电路、功率驱动电路、输出信号隔离电路输出给外设备。
本实用新型磁阻式两相励磁多极移相器的原理是在两相输入绕组中分别施以时间上相位相差90°的同频率电压励磁，在极靴产生的激磁磁通，在输出绕组上产生感应电势，感应电势是两相输入绕组激磁磁通的合成电势，其主要成分是基波分量，表达式为E=ES1+EC1=2．22fW2ZsΦm[sin(Pα+θ)sin(ωt+φ)+cos(Pα+θ)cos(ωt+φ)]×10-8=Eφcos(ωt+φ-θ-Pα) (1)W2输出绕组总匝数；f激磁电源频率；P极对数；Zs定子齿数；α转子齿轴线相对定子齿轴线转动角度；θ使两相输入绕组对称的调制角；φ激磁电流与电压的相位差；这样当转子旋转时每转过一个转子齿距，气隙的磁导变化一个周期，即气隙磁通密度变化了一个周期。转子转过一周，气隙磁导变化转子齿数个周期，气隙磁通密度的分布也变化了转子齿数个周期。因此，输出绕组中的感生电动势也相应变化了转子齿数个周期。转子的齿数相当于旋变的极对数，从而获得多极的效果。
输入绕组由两组对称的线圈绕组构成，采用两相正交电源励磁，按照节距y1=4αs(2) αs槽角距；将两相对称励磁线圈嵌入定子铁心大槽中。输出绕组由一组线圈构成，输出绕组按照节距y2=2αs(4)将输出绕组嵌入在定子铁心大槽中。定子是由电工硅钢片叠压制成，在定子铁心大槽端部均匀分布小槽，以削弱高次谐波分量。转子是由电工硅钢片叠压制成，转子铁心外圆上均匀分布小槽，转子上没有线圈绕组。输入绕组的励磁电源和输出绕组信号处理电路由电子线路电路板组成，该电路板置于接线盒内。
本实用新型与传统产品相比有以下优点结构简单，成本低，转子仅为带齿的铁心，加工方便。转子没有线圈绕组，没有集电环和炭刷，在恶劣环境中工作稳定。例如在较大的机械震动和高角加速度的条件下均能可靠工作。便于小型化，转子上的一个齿代表一对极，同样的机座尺寸可以实现多极数，体积比同类产品小。抗干扰能力强，输出信号可以长距离传输，与感应同步器和光栅编码器相比，是很大的优点，且本实用新型采用数字输出便于和计算机接口。因此，可广泛应用于工业生产、航海和军事设备中。目前，本实用新型已成功应用于钢厂连铸结晶器锥度在线测量装置，经过半年在线实用表明在高温、潮湿、震动的条件下本实用新型能够稳定、可靠运行。
本实用新型附图的图面说明
图1为本实用新型的基本结构剖视图；图2为定子冲片图；图3为转子冲片图；图4为两相励磁感应移相器电气原理图；图5为信号处理电路框图；图6为励磁电源电路框图。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述。
参见图1，在机座5中嵌入定子2，在定子2圆心部位对应的机座5上安装有轴承4，转子轴9的一端安装在轴承4中，转子3安装在转子轴9的一端，转子轴9的另一端安装有轴承7、油封11、轴承压盖8。紧固螺栓16将轴承压盖8固定在机座端盖18的内侧。在机座端盖18的外侧安装有迷宫环10，紧固螺栓12将迷宫环10与转子轴9固定在一起。在迷宫环10的外侧安装有迷宫环盖14。紧固螺栓13将迷宫环盖14固定在机座18的外侧。在机座5与机座端盖18之间安装有O型密封圈17。紧固螺栓6将机座端盖18固定在机座5的一端。在机座5的上端安装有电气接线盒20与防水密封垫圈19。螺杆1将电气接线盒20、防水密封垫圈19、机座5固定在一起，在接线盒20上端安装有接线盒盖24和防水密封垫圈23，紧固螺栓25将接线盒24，防水密封垫圈23固定在接线盒20的上端。在接线盒20内安装有电子线路板21，电子线路板21包括励磁电源电路和输出绕组信号处理电路，紧固螺栓22将电子线路板21固定在螺杆1的上端。
参见图2、图3，定子2和转子3均由电工硅钢片冲压并经叠压而成。定子冲片50的内圆上均匀分布大齿51，在大齿51的端部均匀分布小齿52，用以提高气隙磁导中的基波分量，削弱高次谐波和恒定分量。在转子冲片53的外圆端部均匀分布小齿54，转子的齿数54相当于旋变的极对数。
参见图6、图4，在图6中接通电源以后，时钟振荡电路37产生一个固定周期的信号，馈给分频电路38，经过分频后馈给分相电路39形成一对相同频率的信号源。分别馈给前置放大电路40和前置放大电路41，经过电平转换电路42和43将TTL电平转换成CMOS电平，在电平转换电路42和43中，经过功率驱动电路44和功率驱动电路45形成两相正交电源，分别馈给定子输入绕组(即励磁线圈)的A相和B相。在定子输出绕组C相中感应出交流信号。在图1中的转子静止时，输出绕组C相的相位是固定不变的。当转子以一定的角速度转动时，根据公式(1)在输出绕组中的感生电动势的相位也变化了转子齿数个周期。
参见图5，输出绕组的信号输出端接到隔离电路31，经过变压器隔离后馈给滤波放大电路32，经过IC1、IC2构成的滤波网络后馈给比例放大器IC3，经过放大后的信号馈给整形电路33。经过IC4变为方波馈给信号输出电路34，经过U1将内部信号与外部信号隔离以提高信号处理电路抗干扰能力。在隔离电路34的后级设置了功率驱动电路35以提高长距离信号传输的能力。
权利要求1．一种磁阻式两相励磁无刷移相器，包括定子、转子、线圈绕组、机座壳体、转子轴、端盖、接线盒和电子线路板，定子镶嵌在机座壳体内，其特征是定子和转子由电工硅钢片叠压制成，定子上开有大槽，大槽内嵌入输入绕组和输出绕组，输入绕组为两组励磁绕组，接线盒安装在机座壳体上，接线盒内装有电子线路板，电子线路板包括信号处理电路和两相正交励磁电源电路。
2．根据权利要求1所述的磁阻式两相励磁无刷移相器，其特征是所述的定子冲片在大齿端部均匀分布小齿，转子冲片的外圆端部均匀分布小齿。
3．根据权利要求1所述的磁阻式两相励磁无刷移相器，其特征是所述的转子轴伸端的端盖外侧装有迷宫环和迷宫环盖。
4．根据权利要求1所述的磁阻式两相励磁无刷移相器，其特征是所述的两组励磁绕组是相同的，分别按节距嵌入定子大槽内，并输入两相正交励磁电源，输出绕组按节距嵌入定子大槽内。
5．根据权利要求1、4所述的磁阻式两相励磁无刷移相器，其特征是所述的两相正交励磁电源电路包括时钟振荡器、分频电路、分相电路，分相电路将一相时钟源分成两相正交激励源，分别接前置放大电路、电平转换电路和功率驱动电路，信号处理电路接收输出绕组的输出信号，经过输入隔离电路、滤波电路、比例放大电路、整形电路、功率驱动电路、输出信号隔离电路输出给外设备。
专利摘要本实用新型涉及一种磁阻式励磁移相器。磁阻式两相励磁无刷移相器的定子上开有大槽,大槽内嵌入输入绕组和输出绕组,输入绕组为两相励磁绕组,并输入两相正交励磁电源,输出绕组接信号处理电路。本实用新型结构简单,与同类产品相比体积小,加工工艺简便,成本低。由于转子没有线圈绕组,没有集电环和炭刷,故可在高温、腐蚀、强干扰的恶劣环境下运行,可广泛应用于工业生产过程中各种在线角度检测和转动速度检测。
文档编号H02K1/12GK2429957SQ00218029
公开日2001年5月9日 申请日期2000年6月15日 优先权日2000年6月15日
发明者唐安祥, 张立, 赵惟义, 吴建明, 梅华阳, 曹仁惠, 冯俊 申请人:宝山钢铁股份有限公司