一种多余度双通道无接触旋转变压器的制造方法
【专利摘要】一种多余度双通道无接触旋转变压器，包括双余度环形变压器、第一双通道旋转变压器和第二双通道旋转变压器。第一环形变压器和第二环形变压器共用同一套铁心，绕组参数完全相同；双余度双通道旋转变压器采用分磁路结构，第一双通道旋转变压器和第二双通道旋转变压器磁路独立，双通道旋转变压器的粗、精机采用共磁路结构；旋转变压器的输入、输出、接地点均引出两根引接线与两个电连接器连接。本发明将单对极和多对极旋转变压器组合，实现无接触，采用双余度的结构型式、磁路型式、线路型式，实现多余度，更大程度提高旋转变压器可靠性和寿命，大大减少系统的故障率提高其可靠性，提高系统的测角精度，延长系统的工作寿命。
【专利说明】一种多余度双通道无接触旋转变压器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无接触旋转变压器，特别涉及一种高可靠性、高精度的多余度双通道无接触旋转变压器。
【背景技术】
[0002]旋转变压器是按照电磁感应原理工作的一类角位传感电机，当在输入绕组上施加一定交流电压时，电机旋转过程中，其输入绕组与输出绕组由于相对位置改变而使它们之间的匝链磁通变化，在输出绕组上就会产生与转子转角成一定函数关系的输出电压。应用最多的是输出电压与转子转角成正余弦函数关系的正余弦旋转变压器。
[0003]早期的旋转变压器为一对极产品，产品精度为数十角分，不能满足数角分至数角秒高精度同步随动系统的产品精度要求，开始人们采用机械变速的双通道系统，在这种变速系统中，由于齿轮变速所带来的误差极难低于2?3角分，系统精度无法进一步提高，双通道机械变速系统的应用受到限制。上世纪50年代末，出现了电气变速的双通道系统，系统中使用的双通道旋转变压器是在一对极旋转变压器等的原理结构上发展起来的，随着极对数的增加，产品精度可从角分级提高到角秒级。伴随着武器装备精度要求的提高和新型武器装备的开发，具有高精度特征的双通道多极旋转变压器应用越来越广泛。上世纪70?80年代，工业发达国家就非常重视这类电机的开发，逐渐使其技术完善化，美、英、日、俄有关公司都有系列产品供应，并制定有相应的军用标准或工业标准。我国也于上世纪80年代建立起双通道多极旋转变压器的基本系列，制定了相应的国家标准和国家军用标准。
[0004]传统旋转变压器中用以传输信号的电刷、滑环是其可靠性最薄弱的环节，寿命不高，还会产生无线电干扰，使得系统的工作寿命和可靠性受到很大限制，而设计上采取合理的无刷化技术后，消除了电刷和集电环等接触环节，可使旋转变压器的可靠性和寿命成倍提高，并且消除了对其它装置的干扰，提高了系统的可靠性，无刷化的旋转变压器将会占据越来越重要的位置。如美国、俄罗斯近年来已停止发展接触式的旋转变压器。进行旋转变压器无刷化技术方案研究，是武器装备系统发展的需要，代表了旋转变压器发展的趋势。而对于复杂的、有高可靠性和长寿命要求的大、中型设备和无法维修或要求不停机的系统或设备更宜采用冗余设计。即在系统中起关键作用的地方，增加一套以上完成相同功能的元件，当该部分的一路出现故障时，系统仍能正常工作，以减少系统或设备的故障率提高其可靠性。
[0005]大机座号高频高精度多余度双通道无接触旋转变压器采用无接触、双通道、双余度式结构型式，可以大大减少系统的故障率，提高其可靠性，大幅度地延长系统的工作寿命。由于提高了激磁频率，减小了旋转变压器的动态误差，提高了系统的测角精度，保障了武器系统的打击精度。在大型潜艇，船舶及大口径雷达系统中需求较多。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对大型潜艇要求，设计目前功能最全、可靠性最高、体积最大的高精度旋转变压器，提高系统的测角精度，最大限度延长系统的工作寿命。提出了一种高可靠性、高精度的多余度双通道无接触旋转变压器一将一对极旋转变压器(粗机)和多极旋转变压器(精机)组合成一起，实现高精度；采用环形变压器替代电刷和滑环，实现无接触，采用双余度的结构型式、磁路型式、线路型式，实现多余度，更大程度提高电机可靠性和寿命，大大减少系统的故障率提高其可靠性，提高系统的测角精度，延长系统的工作寿命。
[0007]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0008]该种多余度双通道无接触旋转变压器，包括双余度环形变压器、第一双通道旋转变压器和第二双通道旋转变压器，双余度环形变压器的定子铁心槽中嵌放位置相同的第一、第二环变定子绕组S1Sy S2S4，转子铁心槽中嵌放位置相同的第一、第二环变转子绕组R1Rp R2R4 ;第一双通道旋转变压器的转子铁心槽中嵌放第一余弦相粗机转子绕组R5R7、第一正弦相粗机转子绕组R6R8、第一余弦相精机转子绕组R9R11和第一正弦相精机转子绕组R10R12,定子铁心槽中嵌放第一余弦相粗机定子绕组S5S7、第一正弦相粗机定子绕组S6S8、第一余弦相精机定子绕组S9S11和第一正弦相精机定子绕组SltlS12 ;第二双通道旋转变压器3的转子铁心槽中嵌放第二余弦相粗机转子绕组R13R15、第二正弦相粗机转子绕组R14R16、第二余弦相精机转子绕组R17R19和第二正弦相精机转子绕组R18R2tl,定子铁心槽中嵌放第二余弦相粗机定子绕组S13S15、第二正弦相粗机定子绕组S14S16、第二余弦相精机定子绕组S17S19和第二正弦相精机定子绕组S18S2tlt5双余度环形变压器的第一环变转子绕组R1R3与第一双通道旋转变压器的第一余弦相粗机转子绕组R5R7、第一余弦相精机转子绕组R9R11并联连接，第一双通道旋转变压器的第一正弦相粗机转子绕组R6R8和第一双通道正弦相精机转子绕组RltlR12作为补偿绕组分别自行短接；双余度环形变压器的第二环变转子绕组R2R4与第二双通道旋转变压器的第二余弦相粗机转子绕组R13R15、第二余弦相精机转子绕组R17R19并联连接，第二双通道旋转变压器的第二正弦相粗机转子绕组R14R16和第二正弦相精机转子绕组R18R2tl作为补偿绕组分别自行短接。
[0009]进一步，上述双余度环形变压器采用共磁路结构，第一环形变压器和第二环形变压器共用同一套铁心，铁心槽内并绕两套绕组，以保证双余度绕组电磁参数对称，绕组直接用带绝缘皮的耐高温引接线绕制，以保证环变双余度绕组的工作可靠性。
[0010]进一步的，以上两个结构参数完全相同的第一双通道旋转变压器和第二双通道旋转变压器组成双余度双通道旋转变压器，双通道旋转变压器的粗、精机为共磁路结构，每套双通道旋转变压器铁心中布置粗机旋转变压器绕组和精机旋转变压器绕组，两路粗机旋转变压器和两路精机旋转变压器的结构及绕组参数分别相同；双通道旋转变压器精机原方突破单相绕组的传统设计理念，设计两相正交绕组:第一余弦相精机转子绕组R9R11和第一正弦相精机转子绕组RltlR12,第二余弦相精机转子绕组R17R19和第二正弦相精机转子绕组R18R2tl，第一余弦相精机转子绕组R9R11和第二余弦相精机转子绕组R17R19作为励磁绕组，第一正弦相精机转子绕组RltlR12和第二正弦相精机转子绕组R18R2tl分别自行短接作为补偿绕组，对提闻精度有好处。
[0011]进一步，该旋转变压器采用单点双线的双余度线路连接方式，输入、输出、接地点均引出两根引接线与两个电连接器连接。旋转变压器每相输入、每相输出的两根引接线采用带护套的双芯屏蔽电线，可有效解决高频旋转变压器低磁场的电磁干扰。
[0012]该旋转变压器为大直径(外径达1200mm)的超扁平(轴向220mm)结构,制造中采取了一系列的特殊工艺措施。如为防变形，零部件装配避免采用过盈压装工艺，依靠螺栓加胶来紧固零部件；受力压圈上设计一些释放应力的窄缝；依靠键连接直接在定、转子支架叠装铁心，叠装模不能按常规设计为整体式，而设计为多个扇形片组合为整圆，叠装时可防止铁心变形等等。环变定、转子铁心，定、转子多种压圈，定、转子衬套均按照一套材料采购，力口工过程采取套裁工艺，既能提高零件的形位公差，防止变形，还能节约成本。
[0013]本发明具有以下有益效果:
[0014]本发明将单对极旋转变压器和多对极旋转变压器组合成一起，实现高精度；采用环形变压器替代传统的电刷和滑环，实现无接触，采用双余度的结构型式、磁路型式、线路型式，实现多余度，更大程度提高旋转变压器可靠性和寿命，大大减少系统的故障率提高其可靠性，提高系统的测角精度，延长系统的工作寿命。
[0015]本发明的另一特点是:双余度环形变压器采用共磁路结构，第一环形变压器和第二环形变压器共用同一套铁心，铁心槽内并绕两套绕组，以保证双余度绕组电磁参数对称，绕组直接用带绝缘皮的耐高温引线绕制，以保证环变双余度绕组的工作可靠性。两个结构参数完全相同的第一双通道旋转变压器和第二双通道旋转变压器组成双余度双通道旋转变压器，双通道旋转变压器的粗、精机为共磁路结构，每套双通道旋转变压器铁心中布置粗机旋转变压器绕组和精机旋转变压器绕组，两路粗机旋转变压器和两路精机旋转变压器的结构及绕组参数分别相同。双通道旋转变压器精机原方突破单相绕组的传统设计理念，设计两相正交绕组，一相作为励磁绕组，另一相自行短接作为补偿绕组，对提高精度有好处。
[0016]进一步，本发明采用单点双线的双余度线路连接方式，输入、输出、接地点均引出两根引接线与两个电连接器连接。旋转变压器每相输入、每相输出的两根引接线采用带护套的双芯屏蔽电线，可有效解决高频旋转变压器低磁场的电磁干扰。
[0017]进一步，本发明为防变形，零部件装配避免采用过盈压装工艺，依靠螺栓加胶来紧固零部件；受力压圈上设计一些释放应力的窄缝；依靠键连接直接在定、转子支架上叠装铁心，叠装模不能按常规设计为整体式，而设计为多个扇形片组合为整圆，叠装时防止铁心变形等等。环形变压器定、转子铁心，双通道旋转变压器定、转子冲片、定、转子多种压圈，定、转子衬套均按照一套材料采购，加工过程采取套裁工艺，既能提高零件的形位公差，防止变形，还能节约成本。
[0018]进一步，本发明位置测试系统特点是:发明的角位置测试系统，采用一种高精度双通道旋转变压器，与被测旋转变压器同轴连接，替代传统的角分度装置，所在角位置由角位置指示器给出，另一角位置指示器显示被测旋转变压器的实际电气角度位置，两位置指示器读数进行换算比较，得出位置误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明电气原理图；
[0020]图2是本发明接线示意图；
[0021]图3是本发明结构示意图；
[0022]图4是本发明定子装配示意图；
[0023]图5是本发明定子压圈和转子压圈结构示意图；
[0024]图6是本发明双通道旋转变压器转子铁心叠压模压板结构示意图；[0025]图7是本发明角位置测试系统与传统角位置测试系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0027]参见图1，本发明的双余度环形变压器Ql定子铁心槽中嵌放位置相同的第一、第二环变定子绕组S1Sy S2S4，转子铁心槽中嵌放位置相同的第一、第二环变转子绕组R1RyR2R40第一双通道旋转变压器Q2的转子铁心槽中嵌放第一余弦相粗机转子绕组R5R7、第一正弦相粗机转子绕组R6R8、第一余弦相精机转子绕组R9R11和第一正弦相精机转子绕组RltlR12,定子铁心槽中嵌放第一余弦相粗机定子绕组S5S7、第一正弦相粗机定子绕组S6S8、第一余弦相精机定子绕组S9S11和第一正弦相精机定子绕组SltlS12 ;第二双通道旋转变压器Q3的转子铁心槽中嵌放第二余弦相粗机转子绕组R13R15、第二正弦相粗机转子绕组R14R16、第二余弦相精机转子绕组R17R19和第二正弦相精机转子绕组R18R2tl,定子铁心槽中嵌放第二余弦相粗机定子绕组S13S15、第二正弦相粗机定子绕组S14S16、第二余弦相精机定子绕组S17S19和第二正弦相精机定子绕组S18S2tlt5双余度环形变压器Ql的第一环变转子绕组R1R3与第一双通道旋转变压器Q2的第一余弦相粗机转子绕组R5R7、第一余弦相精机转子绕组R9R11相连接，双余度环形变压器Ql的第二环变转子绕组R2R4与第二双通道旋转变压器Q3的第二余弦相粗机转子绕组R13R15、第二余弦相精机转子绕组R17R19相连接，第一双通道旋转变压器Q2的第一正弦相粗机转子绕组R6R8和第一正弦相精机转子绕组RltlR12，第二双通道旋转变压器Q3的第二正弦相粗机转子绕组R14R16和第二正弦相精机转子绕组R18R2tl作为补偿绕组分别自行短接。当双余度环形变压器Ql的第一环变定子绕组S1S3或第二环变定子绕组S2S4通入交流电时，都会在第一环变转子绕组R1R3和第二环变转子绕组R2R4中产生感应电势，大小与转子转角α无关。这两个感应电势分别作为第一双通道旋转变压器Q2和第二双通道旋转变压器Q3粗、精机的激磁电压，在气隙中产生单对极和P (精机极对数)对极的磁场，第一双通道旋转变压器Q2的第一余弦粗机定子绕组S5S7、第二双通道旋转变压器Q3的第二余弦粗机定子绕组S13S15感应出与转子转角α成一倍关系的余弦函数电压，第一双通道旋转变压器Q2的第一正弦粗机定子绕组S6S8、第二双通道旋转变压器Q3的第二正弦粗机定子绕组S14S16感应出与转子转角α成一倍关系的正弦函数电压；第一双通道旋转变压器Q2的第一余弦精机定子绕组S9Sn、第二双通道旋转变压器Q3的第二余弦精机定子绕组S17S19感应出与转子转角α成P倍关系的余弦函数电压，第一双通道旋转变压器Q2的第一正弦精机定子绕组SltlS12、第二双通道旋转变压器Q3的第二正弦精机定子绕组S18S2tl感应出与转子转角α成P倍关系的正弦函数电压，其电气原理图如图2所示。电压方程式见式(I)?(8)。
[0028]
【权利要求】
1.一种多余度双通道无接触旋转变压器，包括双余度环形变压器(Q1)、第一双通道旋转变压器(Q2)和第二双通道旋转变压器(Q3)，其特征在于:双余度环形变压器(Ql)的定子铁心槽中嵌放位置相同的第一、第二环变定子绕组S1Sy S2S4，转子铁心槽中嵌放位置相同的第一、第二环变转子绕组R1Ry R2R4 ;第一双通道旋转变压器(Q2)的转子铁心槽中嵌放第一余弦相粗机转子绕组R5R7、第一正弦相粗机转子绕组R6R8、第一余弦相精机转子绕组R9R11和第一正弦相精机转子绕组RltlR12，定子铁心槽中嵌放第一余弦相粗机定子绕组S5S7'第一正弦相粗机定子绕组S6S8、第一余弦相精机定子绕组S9S11和第一正弦相精机定子绕组S10S12 ;第二双通道旋转变压器3的转子铁心槽中嵌放第二余弦相粗机转子绕组R13R15、第二正弦相粗机转子绕组R14R16、第二余弦相精机转子绕组R17R19和第二正弦相精机转子绕组R18R20,定子铁心槽中嵌放第二余弦相粗机定子绕组S13S15、第二正弦相粗机定子绕组S14S16、第二余弦相精机定子绕组S17S19和第二正弦相精机定子绕组S18S2tl;双余度环形变压器(Ql)的第一环变转子绕组R1R3与第一双通道旋转变压器(Q2)的第一余弦相粗机转子绕组R5R7、第一余弦相精机转子绕组R9R11并联连接，第一双通道旋转变压器(Q2)的第一正弦相粗机转子绕组R6R8和第一双通道正弦相精机转子绕组RltlR12作为补偿绕组分别自行短接；双余度环形变压器(Ql)的第二环变转子绕组R2R4与第二双通道旋转变压器(Q3)的第二余弦相粗机转子绕组R13R15、第二余弦相精机转子绕组R17R19并联连接，第二双通道旋转变压器的第二正弦相粗机转子绕组R14R16和第二正弦相精机转子绕组R18R2tl作为补偿绕组分别短接。
2.根据权利要求1所述的多余度双通道无接触旋转变压器，其特征在于:双余度环形变压器采用共磁路结构，第一环形变压器和第二环形变压器共用同一套铁心，铁心槽内并绕两套绕组，保证双余度绕组电磁参数对称，绕组直接用带绝缘皮的耐高温引接线绕制。
3.根据权利要求1所述的多余度双通道无接触旋转变压器，其特征在于:两个结构参数完全相同的第一双通道旋转变压器(Q2)和第二双通道旋转变压器(Q3)组成双余度双通道旋转变压器，双通道旋转变压器的粗、精机为共磁路结构，每套双通道旋转变压器铁心中布置粗机旋转变压器绕组和精机旋转变压器绕组，两路粗机旋转变压器和两路精机旋转变压器的结构及绕组参数分别相同；双通道旋转变压器精机原方设计两相正交绕组:第一余弦相精机转子绕组R9R11和第一正弦相精机转子绕组RltlR12，第二余弦相精机转子绕组R17R19和第二正弦相精机转子绕组R18R2tl，第一余弦相精机转子绕组R9R11和第二余弦相精机转子绕组R17R19作为励磁绕组，第一正弦相精机转子绕组RltlR12和第二正弦相精机转子绕组R18R2tl分别自行短接作为补偿绕组。
4.根据权利要求1所述的多余度双通道无接触旋转变压器，其特征在于:采用单点双线的双余度线路连接方式，输入、输出、接地点均引出两根引接线与两个电连接器连接；旋转变压器每相输入、每相输出的两根引接线采用带护套的双芯屏蔽电线。
5.根据权利要求1所述的多余度双通道无接触旋转变压器，其特征在于:所述多余度双通道无接触旋转变压器为大直径的超扁平结构，制造中采取防变形工艺，零部件装配避免采用过盈压装工艺，依靠螺栓加胶来紧固零部件；受力压圈上设计释放应力的窄缝；依靠键连接直接在定、转子支架叠装铁心，叠装模设计为多个扇形片组合为整圆；环变定、转子铁心，定、转子多种压圈，定、转子衬套均按照一套材料采购，加工过程采取套裁工艺。
6.根据权利要求5所述的多余度双通道无接触旋转变压器，其特征在于:所述多余度双通道无接触旋转变压器的大直径的超扁平结构尺寸为:外径1200_，轴向220_。
【文档编号】H02K3/12GK103871723SQ201410119734
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】樊君莉 申请人:西安微电机研究所