一种数字输出的分装式旋转变压器的制作方法

本实用新型属于旋转变压器
技术领域：
，更具体地，涉及一种数字输出的分装式旋转变压器。
背景技术：
：旋转变压器(简称旋变)是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，它主要用于角位置伺服控制系统中的角度测量。从结构形式上划分，旋变包括组装式和分装式两种结构。组装式旋变的定子和转子通过机壳、端盖和轴承等部件连接成一个整体；分装式旋变的定子和转子是分离的，需要用户设计安装结构，参照图1、图2是分装式旋转变压器结构示意图，其中图1示意的是分装式旋转变压器的俯视图，图2示意的是对应的分装式旋转变压器的剖面图；由于分装式旋变尺寸更小，能够更方便的进行系统集成，用户多采用分装式旋变。旋变输出的是与转角成正弦、余弦函数关系交流载波信号，因此需要对输出信号进行解码才能够获得角度信息。现有技术中专用于旋变解码的rdc(resolvertodigitalconverter)模块集成了解码所需的功能，只需要提供一个激磁电源即可工作，但成本很高，有些rdc模块的价格甚至与旋变价格相当，若用户采用rdc芯片自行设计解码电路，则需要设计配套的激磁电路、信号匹配电路、计算rdc芯片的工作参数；譬如常用的rdc芯片ad2s1210，其完成1路旋变的信号的rdc解码，芯片输出激磁信号，需要用户设计匹配的激磁功率放大电路，对于双通道旋变需要2个这样的芯片才能完成解码，还需要一个mcu来设置rdc芯片的工作参数；这需要用户了解旋变和rdc芯片的工作原理，对用户要求较高，而且研制周期较长，不利于产品的快速开发。并且以上两种方式都需要在用户系统中安装专用的解码电路板，给使用带来不便。为了便于使用，有的厂商将rdc解码板集成到组装式旋变内部，对外直接输出数字信号，由于组装式旋变有一定的内部空间，将解码板直接安装在组装式旋变内部比较容易实现。但对于分装式旋变而言，其定子和转子是分离的，由于现有解码板尺寸较大，分装式旋变上没有空间来安装解码板；譬如，某公司的单通道rdc模块，其尺寸为37×19mm；而采用了两个ad2s1210芯片的双通道的旋变解码板，尺寸为80mm×60mm，尺寸过大而无法集成到分装式旋变上；目前还没有能将解码板与分装式旋变集成而直接输出数字信号的分装式旋变产品。技术实现要素：针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种数字输出的分装式旋转变压器，其目的在于通过将信号解码板集成到分装式旋转变压器上以直接输出数字的绝对角度或角度增量，降低分装式旋变的使用难度，节约使用成本。为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种数字输出的分装式旋转变压器，包括分装式旋转变压器和集成在分装式旋转变压器上的解码板，分装式旋转变压器输出绕组的正、余弦模拟输出信号直接与解码板对应端子相连接；解码板包括印制电路板以及布局在印制电路板上的解码电路，该解码电路采用fpga或soc(systemonchip，片上系统)芯片通过软件实现基于ii型跟踪环路的rdc解码，以及相敏解调、迟滞滤波功能；数字输出的分装式旋转变压器的电气接口包括设置在解码板上用于接入直流电源的接口，以及输出数字的角位置信号和/或角速度信号的接口。优选的，上述的分装式旋转变压器，其解码电路还通过fpga或soc芯片实现兼容于双通道的分装式旋转变压器的粗精组合纠错功能。优选的，上述数字输出的分装式旋转变压器，其解码板还包括用于产生激磁信号的激磁单元。优选的，上述数字输出的分装式旋转变压器，其解码板的印制电路板形状为与分装式旋转变压器输出绕组外形匹配的弧形。优选的，上述数字输出的分装式旋转变压器，解码板固定集成在旋转变压器输出绕组的出线侧；解码板的输入端子与分装式旋转变压器的信号端子直连。优选的，上述数字输出的分装式旋转变压器，对于单通道的分装式旋转变压器，解码板的激励正端子r1、激励负端子r2对应连接的旋转变压器绕组为激磁输入绕组；正弦正端子s1、正弦负端子s3和余弦正端子s2、余弦负端子s4对应连接的旋转变压器绕组为输出绕组，其中端子s1、s3对应连接的旋转变压器绕组为正弦输出绕组，端子s2、s4对应连接的旋转变压器绕组为余弦输出绕组。优选的，上述数字输出的分装式旋转变压器，对于双通道的分装式旋转变压器，其粗机激磁和精机激磁均连接到解码板的激励正端子r1、激励负端子r2；解码板的粗机正弦正端子s1、粗机正弦负端子s3和粗机余弦正端子s2、粗机余弦负端子s4对应的旋转变压器绕组为粗机输出绕组，解码板的精机正弦正端子s5、精机正弦负端子s7和精机余弦正端子s6、精机余弦负端子s8对应的旋转变压器绕组为精机输出绕组。优选的，上述数字输出的分装式旋转变压器，解码板的数字输出接口为兼容于增量式编码器的abz信号接口、异步串口、spi接口、ssi接口、biss接口或endat接口。总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本实用新型提供的数字输出的分装式旋转变压器，不直接采用rdc芯片或模块，而是选用超小封装的fpga或soc芯片通过软件实现rdc算法；选用小尺寸驱动芯片实现激磁电路，由此将解码电路小型化，在相当于一个rdc模块的面积上实现了解码电路的所有功能，使得解码板能直接与旋变集成在一起；并根据旋变输出绕组的形状匹配设计解码电路印制板的形状和尺寸，使得解码板可以直接固定在旋变输出绕组的出线侧；这种集成方式不改变旋变的内径、外径等关键结构尺寸，厚度保持不变或略微增加，充分保持了分装式旋变原有的结构特征；旋变输出绕组的正余弦模拟输出信号直接与解码板相连接，解码后输出的数字的角度信号或角速度信号对外输出给用户使用；由于解码板包括激磁单元，可产生激磁信号并通过功放调整，因此不需要为旋变另外提供激磁电源，只需把旋变的激磁输入引线接至解码板激磁输出即可。附图说明图1是现有分装式旋转变压器结构的俯视示意图；图2是现有分装式旋转变压器结构的剖视示意图；图3是实施例中集成解码板后的分装式旋转变压器结构的俯视示意图；图4是实施例中集成解码板后的分装式旋转变压器结构的剖视示意图；图5是实施例提供的单通道的数字输出的分装式旋转变压器的电气原理示意图；图6是实施例提供的双通道的数字输出的分装式旋转变压器的电气原理示意图；图7是实施例提供的单通道的数字输出的分装式旋转变压器的解码板功能示意图。图8是实施例提供的双通道的数字输出的分装式旋转变压器的解码板功能示意图。具体实施方式为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。旋转变压器的种类包括绕线式旋变/磁阻式旋变、有刷式旋变/无刷式旋变、单极式旋变/多极式旋变、单通道旋变/双通道旋变、转子激磁式旋变/定子激磁式旋变，以及不同类型的组合，例如无刷式双通道旋变、磁阻式多极旋变等等。虽然旋变的种类很多但工作原理基本相同：输入交流激磁信号，所输出交流信号的幅值与转角呈正、余弦关系，频率等于激磁频率。本实用新型将与旋变输出绕组形状匹配的解码板集成在旋变输出绕组的出线侧，旋变输出绕组的正、余弦模拟输出信号直接与解码板相连接，解码板输出的解码后的角度数字信号对外输出供用户直接使用。参照图3、图4，是实施例中集成解码板后的分装式旋转变压器结构示意图，其中图3示意的是分装式旋转变压器的俯视图，图4示意的是对应的分装式旋转变压器的剖面图。这种集成方式不改变旋变的内径、外径等关键结构尺寸，厚度保持不变或略微增加，充分保持了分装式旋变原有的结构特征；而且解码板可提供激磁信号，不需要另外再提供激磁电源，只需把旋变的激磁输入引线接至解码板激磁输出即可实现数字输出的分装式旋变。参照图5，是实施例提供的单通道的数字输出的分装式旋转变压器的电气原理示意图；解码板固定集成在旋转变压器输出绕组的出线侧；解码板的端子与旋变的信号端子对应直连；其中，解码板端子r1、r2对应连接的旋变绕组为激磁输入绕组；端子s1、s3和s2、s4对应连接的旋变绕组为输出绕组，其中端子s1、s3对应连接的旋变绕组为正弦输出绕组，端子s2、s4对应连接的旋变绕组为余弦输出绕组；实施例中，解码板与单通道旋变的接口信号定义参照一下表1。表1解码板与单通道旋变的接口信号定义列表端子号信号定义r1激磁正r2激磁负s1正弦正s3正弦负s2余弦正s4余弦负参照图6，是实施例提供的双通道的数字输出的分装式旋转变压器的电气原理示意图；其中，粗机激磁和精机激磁可以并联输入同一个激磁信号，因此均连接到解码板r1、r2端子。解码板端子s1、s3和s2、s4对应的旋变绕组为粗机输出绕组，解码板端子s5、s7和s6、s8对应的旋变绕组为精机输出绕组。解码板与双通道旋变的接口信号定义参照一下表2。表2解码板与双通道旋变的接口信号定义列表端子号信号定义r1激磁正r2激磁负s1粗机正弦正s3粗机正弦负s2粗机余弦正s4粗机余弦负s5精机正弦正s7精机正弦负s6精机余弦正s8精机余弦负在实施例中，解码板直接粘合固定在旋变输出绕组上的，直接将旋变的输出信号与解码板上对应的接口端子直连。对于激磁信号，对不同种类的旋变需要采用不同的连接方式：对于无刷式旋变或磁阻式旋变，激磁绕组和输出绕组同在定子或转子上，将解码板的激磁输出直接与旋变的激磁绕组相连；而其它种类的旋变，将解码板的激磁输出通过引线引出至外部，使用时将引线通过导电滑环等装置与旋变的激磁绕组连接，由此克服解码板相对于激磁绕组转动导致的接线缠绕问题。实施例提供的数字输出的分装式旋转变压器，解码板采用晶圆片级芯片规模封装(waferlevelchipscalepackaging，wlcsp)的fpga或soc芯片通过软件实现rdc算法，实现包括相敏解调、ⅱ型跟踪环路、迟滞滤波、粗精组合纠错(双通道解码板)以及激磁信号生成的功能；激磁电路也选用小尺寸驱动芯片，使得整个解码电路的尺寸大大减小；并根据旋变的尺寸匹配设计解码电路的印制电路板，使得解码板可直接固定集成在分装式旋变的输出绕组上。参照图7～图8，解码板所实现的功能包括旋变信号采样、相敏解调、ⅱ型跟踪环路、迟滞滤波、粗精组合纠错(双通道解码板)、二次电源变换、激磁信号生成、功率放大。如图7所示意的，单通道数字输出的分装式旋转变压器的解码板，其解码单元将旋变输出的正、余弦模拟信号通过adc采样和相敏解调后得到代表正、余弦幅值的数字信号，ⅱ型跟踪环路对相敏解调后的正、余弦信号进行解算和滤波得到角度数据。进一步通过ⅱ型跟踪环路还可获得角速度和角加速度；该数字式旋变不但能输出角位置数据，还可以输出角速度和角加速度数据。迟滞模块主要用于消除角度数据最低位的跳动，在旋变静止不动时输出的角度也保持不变。激磁模块产生满足旋变要求的正弦波激磁信号，通过功率放大后驱动旋变的激磁绕组。失效检测模块用于检测旋转变压器输出绕组的开路、短路、输入信号幅值过小或过大、环路位置跟踪丢失等故障。dc-dc模块利用接入的外部电源为解码电路的其他模块供电。图8所示意的双通道的数字输出的分装式旋转变压器的解码板，包括由fpga或soc所实现的两套由adc采样、相敏解调以及ⅱ型跟踪环路所构成的解码单元，分别用于旋变粗机和精机的角度解码；通过双速处理器对粗机和精机的角度进行组合纠错，得到最终的角度输出。数字输出接口可根据实际应用需求采用多种模式，例如：增量式编码器的abz信号、异步串口、spi、ssi、biss或endat等等。实施例提供的数字输出的分装式旋转变压器，通过fpga或soc芯片来实现rdc解码功能，大大减小整个解码电路的尺寸大大，使得可以根据旋转变压器的尺寸匹配设计解码电路印制板，将得到的小尺寸解码板直接集成在分装式旋转变压器的输出绕组上；实现了分装式旋转变压器直接输出绝对角度或角度增量等数字量的目的，降低了分装式旋转变压器的使用难度。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。当前第1页1 2 3