一种旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体的制作方法

文档序号:11110650
一种旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体的制造方法与工艺

本发明属于检测技术领域,涉及一种变压器和旋转体,尤其是旋转变压器和旋转体。



背景技术:

电动汽车、工业自动化、机器人、纺织机械和航空航天等行业均离不开旋转电机的高性能控制,因而需要电机旋转角度传感器,并且经常要求将其应用在高温环境下。

当前,光电式角度编码器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,但这种光电式角度编码器含有光电元器件和半导体器件,因而无法应用在高温环境中。

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,当前旋转变压器存在诸多缺点:现有的旋转变压器在小型化轻量化上达到了一个阶段的极限,难以突破当前的瓶颈;其定子检测齿上绕有多组绕组,通常绕有三组绕组,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;由于定子检测齿上绕有多组绕组,在使用过程中,很容易由于振动冲击等原因出现不同绕组间短路和断线等问题,进而导致旋转变压器失效,可靠性降低;传统的旋转变压器包含至少6根引出线,不仅增加了连接线的故障风险,而且使得引出线的连接和调试很繁琐。

同时,现有的旋转变压器,尤其是电感式旋转变压器中,相近的定子齿上的绕组之间存在磁耦合现象,绕组中的位置信号容易受到其他绕组的磁耦合的影响,容易造成信号失真,影响位置检测的精度。当前,对该干扰的解决方案是被动性的,即在该干扰产生后,在其后续连接的信号处理电路中进行去耦合处理和/或从算法上进行去耦合计算来抑制该磁耦合的影响,但是这些方法都会产生信号的延迟,不利于检测系统的快速响应性能,同时也大大增加了系统的复杂性。

此外,现有技术中,为了提高旋转变压器的可靠性,通常将两台旋转变压器安装在同一旋转体上,当其中一组旋转变压器的线圈出现故障失效时,信号电路切换到与另一组旋转变压器绕组连接,以继续完成旋转体的角度测试工作。但是这种方法中,因为需要在旋转体上安装两套或多套旋转变压器,将会使旋转体轴向长度增加,体积变大,成本大大增加。由此可见,现有技术中存在着旋转变压器检测系统的占用体积和可靠性之间的相互制约问题。



技术实现要素:

本发明的主要目的在于进一步促进旋转变压器的小型化和轻量化,且绕线和连接线更为简单有效,次要目的在于在提高旋转变压器的检测精度和可靠性的同时,简化旋转变压器的构造。

为了达到上述目的,本发明的解决方案是:

一种旋转变压器,包括定子和转子,定子包括定子轭和定子检测齿,所述定子检测齿设置在所述定子轭上;所述定子轭所跨越的角度小于360度;转子包括转子铁心,转子铁心的表面设置有转子凸极;定子检测齿数为4*K,K为正整数;转子凸极数为N,N为正整数;N大于1时,N个所述转子凸极沿所述转子的圆周表面均匀分布;所述定子轭和所述定子检测齿由导磁材料制成;所述转子铁心由导磁材料构成;每个所述定子检测齿上最多绕1个线圈;所述旋转变压器包括至少一套检测线圈系统;每套检测线圈系统包括多个绕在所述定子检测齿上的线圈,所述线圈的电感随所述转子的旋转角度的变化而变化,以根据所述线圈的电感的变化检测所述转子的旋转角度。

每套所述检测线圈系统中,多个所述线圈构成桥式电路,所述桥式电路的各桥臂由一个所述线圈构成或由多个所述线圈串联构成,从所述桥式电路的桥臂相交的接点处引出引出线,作为励磁线或信号线;每套所述检测线圈系统既包含励磁线,又包含信号线;各所述桥臂的线圈的合成电感的基波相位依次相差90度。

每套所述检测线圈系统中:包括至少四组定子线圈,每组定子线圈包括至少一个所述线圈;所有组所述定子线圈组成桥式电路,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,从每个所述接点处引出一根引出线;优选地,每套所述检测线圈系统中:各组所述定子线圈内线圈的数量和分布相同;优选地,每套检测线圈系统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,另外两根所述引出线为信号线。

所述旋转变压器包括两套或两套以上的检测线圈系统;至少两套所述检测线圈系统的线圈设置在同一个定子上。

各套所述检测线圈系统之间,励磁线共用,信号线独立;或者,各套所述检测线圈系统之间,励磁线独立,信号线独立。

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变化;或者,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变化。

所述定子检测齿沿所述定子轭的更靠近所述转子的一侧的圆周表面分布,相邻的定子检测齿相隔设定的角度布置,以使得各所述桥臂上的线圈的合成电感的基波相位依次相差90度。

所述定子还包括定子辅助齿,以改善磁路系统的对称性;所述定子辅助齿设置在所述定子检测齿的外侧;所述定子辅助齿的材料为导磁材料。

所述定子还包括定子解耦齿,以减少绕有线圈的所述定子检测齿之间的磁耦合;所述定子解耦齿设置在绕有线圈的所述定子检测齿的两侧,绕有线圈的所述定子检测齿之间至少设置1个定子解耦齿;所述定子解耦齿的材料为导磁材料。

所述转子布置在所述定子的内部;或者,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的旋转体,所述旋转体包括旋转体本体和所述旋转变压器;所述旋转变压器的旋转角度与所述旋转体本体的旋转角度成规则的关系,以通过所述旋转变压器检测所述旋转体的旋转角度。

所述旋转变压器的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;所述旋转变压器的定子安装在与所述旋转体本体共用的定子机壳上。

优选地,所述旋转体本体为电动机。

或者,所述旋转变压器固定在所述旋转体本体的端部;所述旋转变压器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和所述旋转体本体同轴转动。

优选地,所述旋转变压器的转轴与所述旋转体本体的转轴通过联轴节连接。

优选地,所述旋转体本体为电动机。

由于采用上述方案,本发明的有益效果是:本发明旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体中,旋转变压器的定子轭所跨越的角度小于360度,极大地促进了旋转变压器的小型化和轻量化,且能够实现在每个定子检测齿上最多绕1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检测齿上不同绕组间的短路风险。同时,仅具有一套检测线圈系统的旋转变压器的引出线可以减少到仅4根,降低了接线风险和安装、维护与调试的繁琐性。

通过设置定子解耦齿和/或定子辅助齿,主动避免磁耦合干扰的方式,大大优化了旋转变压器的精度,同时提高了其快速响应性能,简化了旋转变压器的系统结构。此外,能够在同一个定子上设置两套或两套以上的检测线圈系统,在使用过程中,可以将一套或多套检测线圈系统作为备用系统,在当前使用的检测线圈系统出现故障时,切换到另一套检测线圈系统继续工作,大大提高了旋转角度检测的可靠性;也可以使两套或多套检测线圈系统同时工作检测旋转角度,检测结果相互对比,也能够大大提高检测结果的可靠性。由此可见,本发明能在一个旋转变压器上设置两套或两套以上的检测线圈系统,相比于现有技术中具有同等可靠性的多旋转变压器系统,所需设置的旋转变压器数量少,所占用的体积少,成本大大降低;相比于现有技术中设置相同数量旋转变压器的多旋转变压器系统,在占用体积相同时,可靠性则大大提高。

附图说明

图1为本发明第一实施例中旋转变压器的定转子的截面示意图;

图2为本发明第一实施例中桥式电路的电路图;

图3为本发明第二实施例中旋转变压器的定转子的截面示意图;

图4为本发明第三实施例中旋转变压器的定转子的截面示意图;

图5为本发明第四实施例中旋转变压器的定转子的截面示意图;

图6为本发明第四实施例中桥式电路的电路图;

图7为本发明第六实施例中旋转体的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

本发明提出了一种旋转变压器。该旋转变压器包括定子和转子;定子包括定子轭和定子检测齿,定子检测齿设置在定子轭上;定子轭所跨越的角度小于360度。转子包括转子铁心,转子铁心的表面设置有转子凸极;定子检测齿数为4*K,K为正整数;转子凸极数为N,N为正整数。N大于1时,N个转子凸极沿转子的圆周表面均匀分布;定子轭和定子检测齿均由导磁材料制成;转子铁心也由导磁材料构成。每个定子检测齿上最多绕1个线圈。

本发明中,该旋转变压器包括至少一套检测线圈系统。每套检测线圈系统包括多个绕在定子检测齿上的线圈,线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化,以根据线圈的电感的变化检测转子的旋转角度。

每套检测线圈系统中,多个线圈构成桥式电路,桥式电路的各桥臂由一个线圈构成或由多个线圈串联构成,从桥式电路的桥臂相交的接点处引出引出线,作为励磁线或信号线;每套检测线圈系统既包含励磁线,又包含信号线。各桥臂的线圈的合成电感的基波相位依次相差90度。

每套检测线圈系统中:包括至少四组定子线圈,每组定子线圈包括至少一个上述线圈;所有组定子线圈组成桥式电路,每组定子线圈构成桥式电路的一个桥臂;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。

优选地,每套检测线圈系统中:各组定子线圈内线圈的数量和分布相同。

优选地,每套检测线圈系统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。

旋转变压器可以包括两套或两套以上的检测线圈系统,其中至少两套检测线圈系统的线圈设置在同一个定子上。

各套检测线圈系统之间,可以励磁线共用,信号线独立;也可以励磁线独立,信号线独立。

定子检测齿沿定子轭的更靠近转子的一侧的圆周表面分布,相邻的定子检测齿相隔一定的角度布置,以使得各桥臂上的线圈的合成电感的基波相位依次相差90度,上述一定的角度为设定的角度。

本发明中,定子还可以包括定子辅助齿,即不缠绕线圈的定子齿,以改善磁路系统的对称性,提高检测精度(若没有设置定子辅助齿,最外侧的定子检测齿与内侧的定子检测齿的磁阻会不一致,从而使得各定子检测齿上线圈的电感的基波幅值和直流分量不一致,对检测精度造成不利影响);定子辅助齿设置在定子检测齿的外侧;定子辅助齿的材料为导磁材料。定子辅助齿上不缠绕线圈。

本发明中,定子还可以包括定子解耦齿,即不缠绕线圈的定子齿,以减少绕有线圈的定子检测齿之间的磁耦合;定子解耦齿设置在绕有线圈的定子检测齿的两侧,绕有线圈的定子检测齿之间至少设置1个定子解耦齿;定子解耦齿的材料为导磁材料。

第一实施例:

本实施例中,K=1、N=4,因而该旋转变压器的定子检测齿数为4,转子凸极数为4。图1所示为该旋转变压器的定转子的截面示意图。定子包括定子轭和定子检测齿,定子检测齿设置在定子轭上;定子轭所跨越的角度小于360度,转子包括转子铁心。定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。本实施例中,4个转子凸极沿转子铁心表面圆周上均匀分布,4个定子检测齿沿定子轭的圆周表面分布,4个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为1101、1102、1103、1104。定子检测齿1101与定子检测齿1102之间的夹角为22.5度,定子检测齿1102与定子检测齿1103之间的夹角为22.5度,定子检测齿1103与定子检测齿1104之间的夹角为22.5度;每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图1中未示出)。每个定子检测齿上绕有1个线圈,每个线圈匝数相同。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。

本实施例中,共包括四组定子线圈。每组定子线圈包括1个线圈;四组定子线圈中,各组定子线圈的合成电感的基波相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路,图2所示为该桥式电路的电路图。图2中,桥式电路的桥臂XAC由定子检测齿1101上的线圈构成,桥臂XAD由定子检测齿1102上的线圈构成,桥臂XBC由定子检测齿1103上的线圈构成,桥臂XBD由定子检测齿1104上的线圈构成。桥式电路的4个接点A、B、C、D分别用4根引线引出作为旋转变压器的引出线,其中两根引出线为励磁线,另外两根引出线为信号线。

该旋转变压器包括定子、转子、转轴、轴承、定子机壳、两侧的端盖、轴承室、四根引出线。转子铁心固定在转轴上,能够与转轴一同旋转。轴承安装在转轴上,轴承支撑转子平滑顺畅地转动。定子铁心安装固定在定子机壳内。轴承室设置在旋转变压器的两侧端盖上,轴承的外圈安装在两个端盖的轴承室内,保证转轴的中心线与定子的内圆中心线一致。

本实施例中,正弦波位置信号产生的原理如下:

令定子检测齿1101、1102、1103、1104上的线圈的电感分别为L101、L102、L103、L104。由图1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4。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(在此,忽略线圈之间的磁耦合干扰和磁路不对称):

L101=L1+Lm1*sin(4θm1) 式(101)

L102=L1+Lm1*sin(4θm1-90) 式(102)

L103=L1+Lm1*sin(4θm1-180) 式(103)

L104=L1+Lm1*sin(4θm1-270) 式(104)

其中,L1为各电感的直流分量;

Lm1为各电感的基波幅值;

θm1为转子的旋转角度。

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

L_AC=L101=L1+Lm1*sin(4θm1) 式(105)

由定子检测齿1102上的线圈构成的桥臂XAD的电感L_AD为:

L_AD=L102=L1+Lm1*sin(4θm1-90) 式(106)

由定子检测齿1103上的线圈构成的桥臂XBC的电感L_BC为:

L_BC=L103=L1+Lm1*sin(4θm1-180) 式(107)

由定子检测齿1104上的线圈构成的桥臂XBD的电感L_BD为:

L_BD=L104=L1+Lm1*sin(4θm1-270) 式(108)

观察式(101)-式(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的接点C和接点D的输出电压是相位差90度的转子的旋转角度θm1的正弦信号,即能够得到关于转子的旋转角度θm1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

本实施例中,旋转变压器的定子轭所跨越的角度小于360度,极大地促进了旋转变压器的小型化和轻量化;同时,本实施例能够实现在每个定子检测齿上最多绕1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检测齿上不同绕组间的短路风险。此外,旋转变压器的引出线可以减少到仅4根,降低了接线风险和安装、维护与调试的繁琐性。

第二实施例:

本实施例中,K=1、N=5,因而该旋转变压器的定子检测齿数为4,转子凸极数为5。图3所示为该旋转变压器的定转子的截面示意图。定子包括定子轭和定子检测齿,定子检测齿设置在定子轭上;定子轭所跨越的角度小于360度,转子包括转子铁心。定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。本实施例中,5个转子凸极沿转子铁心表面圆周上均匀分布。4个定子检测齿沿定子轭的圆周表面分布,4个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为2101、2102、2103、2104。定子检测齿2101与定子检测齿2102之间的夹角为18度,定子检测齿2102与定子检测齿2103之间的夹角为18度,定子检测齿2103与定子检测齿2104之间的夹角为18度;在每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图3中未示出)。每个定子检测齿上绕有1个线圈,在定子检测齿2101的逆时针18度位置设有1个定子辅助齿2105,在定子检测齿2104的顺时针18度位置设有1个定子辅助齿2106。每个线圈匝数相同。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。

本实施例中,共包括四组定子线圈。每组定子线圈包括1个线圈;四组定子线圈中,各组定子线圈的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以借用第一实施例中桥式电路的电路图,即图2。但是此时,桥式电路的桥臂XAC由定子检测齿2101上的线圈构成,桥臂XAD由定子检测齿2102上的线圈构成,桥臂XBC由定子检测齿2103上的线圈构成,桥臂XBD由定子检测齿2104上的线圈构成。从桥式电路的4个接点A、B、C、D处分别用4根引线引出作为旋转变压器的引出线,其中两根引出线为励磁线,另外两根引出线为信号线。

本实施例中,该旋转变压器的构造在除了上述内容以外的部分与第一实施例类似。

通过以上设置,利用与第一实施例类似的方法容易证明,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C和接点D的输出电压是相位差90度的转子的旋转角度θm2的正弦信号,即能够得到关于转子的旋转角度θm2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θm2

除了具有第一实施例的优点以外,本实施例还通过设置定子辅助齿,主动避免磁耦合干扰的方式,大大优化了旋转变压器的精度(若没有设置定子辅助齿,最外侧的定子检测齿与内侧的定子检测齿的磁阻会不一致,从而使得各定子检测齿上线圈的电感的基波幅值和直流分量不一致,对检测精度造成不利影响),同时提高了其快速响应性能,简化了旋转变压器的系统结构。

第三实施例:

本实施例中,K=1、N=6,因而该旋转变压器的定子检测齿数为4,转子凸极数为6。图4所示为该旋转变压器的定转子的截面示意图。定子包括定子轭和定子检测齿,定子检测齿设置在定子轭上;定子轭所跨越的角度小于360度,转子包括转子铁心。定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。本实施例中,6个转子凸极在转子铁心表面圆周上均匀分布。4个定子检测齿沿定子轭的圆周表面分布,4个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为3101、3102、3103、3104。定子检测齿3101与定子检测齿3102之间的夹角为15度,定子检测齿3102与定子检测齿3103之间的夹角为15度,定子检测齿3103与定子检测齿3104之间的夹角为15度;在每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图4中未示出)。每个定子检测齿上绕有1个线圈,在每个定子检测齿的两侧均设有1个定子解耦齿,分别为3105、3106、3107、3108、3109,各定子解耦齿与相邻的定子检测齿之间的夹角为7.5度。每个线圈匝数相同。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。

本实施例共包括四组定子线圈。每组定子线圈包括1个线圈;四组定子线圈中,各组定子线圈的合成电感的基波相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路,该桥式电路的电路图可以借用第一实施例中桥式电路的电路图,即图2。但是此时,桥式电路的桥臂XAC由定子检测齿3101上的线圈构成,桥臂XAD由定子检测齿3102上的线圈构成,桥臂XBC由定子检测齿3103上的线圈构成,桥臂XBD由定子检测齿3104上的线圈构成。桥式电路的4个接点A、B、C、D分别用4根引线引出作为旋转变压器的引出线,其中两根引出线为励磁线,另外两根引出线为信号线。

通过以上设置,利用与第一实施例类似的方法容易证明,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C和接点D的输出电压是相位差90度的转子的旋转角度θm3的正弦信号,即能够得到关于转子的旋转角度θm3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θm3

除了具有第一实施例的优点以外,本实施例还通过设置定子解耦齿,主动避免磁耦合干扰的方式,大大优化了旋转变压器的精度,同时提高了其快速响应性能,简化了旋转变压器的系统结构。

第四实施例:

本实施例中,旋转变压器包括两套检测线圈系统,前述三个实施例中的电桥电路均相当于一套检测线圈系统。本实施例中,K=2、N=8,因而定子检测齿数为8,转子凸极数为8。定子包括定子轭和定子检测齿,定子检测齿设置在定子轭上;定子轭所跨越的角度小于360度,转子包括转子铁心。定子铁心和转子铁心由硅钢片制成,定子轭上还设有定子辅助齿,图5所示为该旋转变压器的定转子的截面示意图。8个转子凸极在转子铁心表面圆周上均匀分布。8个定子检测齿沿定子轭的圆周顺时针方向排布依次为4101、4102、4103、4104、4105、4106、4107、4108。每个定子检测齿上饶有1个线圈。

该旋转变压器系统的第一套检测线圈系统由绕在定子检测齿4101、4102、4103、4104上的4个线圈组成。定子检测齿4101与定子检测齿4102之间的夹角为11.25度,定子检测齿4102与第定子检测齿4103之间的夹角为11.25度,定子检测齿4103与定子检测齿4104之间的夹角为11.25度;在每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图5中未示出)。每个线圈匝数相同。

该旋转变压器系统的第二套检测线圈系统由绕在定子检测齿4105、4106、4107、4108上的4个线圈组成。定子检测齿4105与定子检测齿4106之间的夹角为11.25度,定子检测齿4106与定子检测齿4107之间的夹角为11.25度,定子检测齿4107与定子检测齿4108之间的夹角为11.25度;在每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图5中未示出)。每个线圈匝数相同。

本实施例中,在定子检测齿4101逆时针方向11.25度处设有1个定子辅助齿4109,在定子检测齿4108顺时针方向11.25度处设有1个定子辅助齿4111,在定子检测齿4104与定子检测齿4105之间11.25度处设有1个定子辅助齿4110。

上述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。

本实施例中,第一套检测线圈系统包括4组定子线圈。每组定子线圈包括1个线圈;四组定子线圈中,各组定子线圈的合成电感的基波相位依次相差90度。该四组定子线圈组成第一桥式电路,如图6左侧的电路图所示。图6中,第一桥式电路的桥臂XAC1由定子检测齿4101上的线圈构成,桥臂XAD1由定子检测齿4102上的线圈构成,桥臂XBC1由定子检测齿4103上的线圈构成,桥臂XBD1由定子检测齿4104上的线圈构成。第一桥式电路的4个接点A1、B1、C1、D1分别用4根引线引出作为旋转变压器的引出线,其中两根引出线为励磁线,另外两根引出线为信号线。

通过以上设置,利用与第一实施例类似的方法容易证明,第一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第一桥式电路的接点C1和接点D1的输出电压是相位差90度的转子的旋转角度θm4的正弦信号,即能够得到关于转子的旋转角度θm4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θm4

本实施例中,第二套检测线圈系统包括4组定子线圈。每组定子线圈包括1个线圈;四组定子线圈中,各组定子线圈的合成电感的基波相位依次相差90度。该四组定子线圈组成第二桥式电路,如图6中右侧的电路图所示。图6中,第二桥式电路的桥臂XAC2由定子检测齿4105上的线圈构成,桥臂XAD2由定子检测齿4106上的线圈构成,桥臂XBC2由定子检测齿4107上的线圈构成,桥臂XBD2由定子检测齿4108上的线圈构成。从第二桥式电路的4个接点A2、B1、C2、D2分别用4根引线引出作为旋转变压器的引出线,其中两根引出线为励磁线,另外两根引出线为信号线。

通过以上设置,利用第一实施例类似的方法容易证明,第二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第二桥式电路的接点C2和接点D2的输出电压是相位差90度的转子的旋转角度θm4的正弦信号,即能够得到关于转子的旋转角度θm4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θm4

除了具有第一实施例和第二实施例的优点以外,本实施例在同一个定子上设置两套检测线圈系统,在使用过程中,可以将一套检测线圈系统作为备用系统,在当前使用的检测线圈系统出现故障时,切换到另一套检测线圈系统继续工作,大大提高了旋转角度检测的可靠性;也可以使两套检测线圈系统同时工作检测旋转角度,检测结果相互对比,也能够大大提高检测结果的可靠性。其相比于现有技术中具有同等可靠性的多旋转变压器系统,所需设置的旋转变压器数量少,所占用的体积少,成本大大降低;相比于现有技术中设置相同数量旋转变压器的多旋转变压器系统,在占用体积相同时,可靠性则大大提高。

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,在本发明中,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。

上述实施例中,转子均布置在定子的内部;在本发明中,转子也可以布置在定子的外部。

上述实施例中,相邻的定子检测齿的夹角与定子轭所跨越的角度均为能够满足要求的最小值。上述实施例中,相邻的定子检测齿之间相隔的角度相等,即等间距布置,但是在本发明中,相邻的定子检测齿之间相隔的角度并不一定相等,即并不一定要等间距布置。

本发明还提出了一种具有上述旋转变压器的旋转体。该旋转体包括旋转体本体和上述旋转变压器。其中,旋转变压器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检测的旋转角度得到旋转体本体的旋转角度。

第五实施例:

第五实施例中,旋转体本体为电动机。旋转变压器与电动机共用机壳,旋转变压器的定子安装在与旋转体本体共用的机壳上。旋转变压器的转子铁心安装在旋转体本体的转轴上,与电动机的转子铁心一同旋转。本实施例中,旋转体为旋转变压器与电动机本体构成一体的一体式电动机。

第六实施例:

第六实施例中,旋转体本体为电动机。图7所示为本实施例中旋转体的结构示意图。图7中,601表示旋转变压器,602表示电动机,603表示电动机转轴,604表示旋转变压器引出线,605表示电动机引线,606为螺钉。本实施例中,旋转变压器601安装在电动机本体602的端部,电动机转轴603与旋转变压器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与电动机本体构成的分体式结构。

本发明旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体中,旋转变压器的定子轭所跨越的角度小于360度,极大地促进了旋转变压器的小型化和轻量化,且能够实现在每个定子检测齿上最多绕1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检测齿上不同绕组间的短路风险。同时,仅具有一套检测线圈系统的旋转变压器的引出线可以减少到仅4根,降低了接线风险和安装、维护与调试的繁琐性。

本发明通过设置定子解耦齿和/或定子辅助齿,主动避免磁耦合干扰的方式,大大优化了旋转变压器的精度,同时提高了其快速响应性能,简化了旋转变压器的系统结构。此外,能够在同一个定子上设置两套或两套以上的检测线圈系统,在使用过程中,可以将一套或多套检测线圈系统作为备用系统,在当前使用的检测线圈系统出现故障时,切换到另一套检测线圈系统继续工作,大大提高了旋转角度检测的可靠性;也可以使两套或多套检测线圈系统同时工作检测旋转角度,检测结果相互对比,也能够大大提高检测结果的可靠性。由此可见,本发明能在一个旋转变压器上设置两套或两套以上的检测线圈系统,相比于现有技术中具有同等可靠性的多旋转变压器系统,所需设置的旋转变压器数量少,所占用的体积少,成本大大降低,进一步促进了旋转变压器的小型化和轻量化;相比于现有技术中设置相同数量旋转变压器的多旋转变压器系统,在占用体积相同时,可靠性则大大提高。

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发明。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,本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

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