专利名称：具有平面绕组的分相器的制作方法
技术领域：
本发明基本上是关于旋转位置指示传感器的，特别是关于一种特殊类型的旋转位置指示传感器的，称之为分相器。
一个同步电机就是一个旋转传感器，它把角度位移转换成交流电压，或把交流电压转换成角度位移。一般形式的同步电机是个较简单的装置，它有一个其上绕有分开120°的三个绕组的定子和一个绕有一个绕组的转子。典型的或两单元同步电机系统使用两个这样的同步电机，它们的定子互相并联。在这种两单元同步电机系统中，一个交流载波或参考电压(典型值地为60或400Hz)被加到变送器同步电机或控制变送器的转子，而该转子位置在定子中建立一个磁通向量，在定子的每只绕组中产生一特定的电压。这些电压被传送到接收器同步电机或控制变换器，在那里再产生一个类似的向量磁通图样。然后，控制变换器的转子在该磁场中校正自己。
分相器是一种同步电机，而且常常被称为“同步电机分相器”。同步电机和同步电机分相器或简称为分相器的主要区别是分相器的定子和转子绕组在电学上是成90°旋转的，而在同步电机中是成120°放置的。一般形式的分相器有一个转子绕组和两个定子绕组，每个磁极上有许多匝。当向分相器的转子加一交流载波电压Vin时，一个定子上的电压变为V1＝VinKsinθ，而另一个定子上的电压变为V2＝VinKcosθ，其中K是个常数。
这样，与同步电机类似，分相器是一个发送、接收或变换相角数据的装置。分相器也是一种同步电机位置指示传感器，它产生两个电压输出，一个是V1随转子相对于定子的角度位置按正弦函数变化，另一个是V2按余弦函数变化。
另一种分相器有两个定子和两个转子绕组，其每个电极有许多匝，而且参考电压或载波激励电压可以加到这些绕组中的任何一个。如果一个定子绕组被用作输入并被激励，那么未被使用的定子绕组是被短路的。转子绕组上的电压作为输出被监视，并以上述的V1和V2来表示。反之，也可以用一个转子绕组作为输入，用两个定子绕组作为输出。
这里可以说明同步电机分相器或分相器主要有两种类型，无刷的和非无刷的。非无刷的分相器其激励绕组是通过与交流电压滑动联接被激励的。无刷分相器其激励绕组不使用滑动联接来激励。一种类型的无刷分相器是个变压器无刷分相器。例如在变压器无刷分相器中，转子绕组是通过对交流电源的感性耦合而被激励的。
传统上制做同步电机分相器或分相器是用绕制的转子和绕制的定子绕组。制造这样的装置是劳动密集形的，因而很昂贵。此外分相器，特别是无刷分相器比较重而且轴向尺寸大。因而就需要和要求分相器特别是变压器无刷分相器能够价格便宜、重量轻而且轴向尺寸小。
提供制造成本低、重量轻而且轴向尺寸小的分相器是非常有意义的。为了达到这一目标。还希望提供采用印刷技术的而不是用绕制办法制造的转子和定子绕组。
已知有各种各样的印刷电路旋转位置指示传感器，包括电容性的和电感性的。虽然它们完成一些与分相器同样的功能，但事实上这两种装置都不是分相器。
在电容性的旋转位置指示传感器中，其上固定有导体电容极板的转子相对于具有导体电容的另一极板的定子转动。这两个极板间的电容随着它们的相对角度而变化。电容性旋转位置指示传感器的一个缺点在于它们对冲击和振动敏感。冲击和振动可能改变极板间气隙的宽度，因而将改变电容量。Weit(威特)的4092579号美国专利中给出了一个电容型的旋转位置指示传感器。虽然在该专利中该传感器也被称为分相器，但在技术上该装置并不是一种分相器，因为它不使用多匝绕组。
感性耦合的旋转位置指示传感器也是已知的。一种这样的传感器叫作感应式位置传感器，并在由Farrand Industries公司出版的名为“感应式位置传感器”的小册子中有所说明。这种传感器使用印刷电路波动导电图样，每个磁极半匝。这些图样具有许多马蹄形的线匝，它们位于沿转子盘和定子盘表面的平面上。该马蹄形图样的一个完整的园圈的长度叫做节距(pitch)。其一个盘具有一个线匝图样，另一个盘具有一个第一线匝图样和一个第二线匝图样，其第二个是由第一个偏离一个预定的距离而放置的。交流电流加到一侧的单个绕组上作为激励，结果由在另一侧的两个绕组上产生两个输出信号。这两个输出信号的振幅根据在节距周期内的相对位置分别按正弦和余弦函数变化。在周期内的各位置上有一对单值的正弦和余弦的幅度输出。
在实际的工作中，感应式传感器与分相器的类似之处在于它们都得到一个正弦函数和一个余弦函数。然而，该装置不同于分相器，因为它不使用多匝绕组。由于感应式传感器不使用多匝绕组，它就有几个缺点。首先这些装置只能直接感知非常小的角度位移。如果要感知较大的位移，那么该装置必须和逻辑电路一起使用，才能精确地确定大于几度弧的角度位移。因为需要与逻辑电路一起使用，该装置就很贵了，每台达数千美元。第二，该装置的传输比，也就是输出电压与输入电压之比，非常低。而典型的绕制转子及绕制定子的分相器的传输比要高得多。由于它们的传输比太低，这种传感器的输出电压必须被放大，而使用放大器也增加了这种装置的成本。
提供一个具有平面绕组的分相器即一个印刷电路的分相器是本发明的主要目的，以符合和满足上述的在实践中体验到的需要和要求。
提供具有独特几何形状的平面绕组是本发明的另一目的。
本发明的另一目的是提供一种对冲击和振动不敏感的旋转位置指示传感器。
本发明的进一步的目的提供一个分相器，特别是变压器无刷分相器，它可以较便宜地制造。
本发明还有另一个目的就是提供一种分相器，特别是变压器无刷分相器，它具有高的传输比。
本发明还有另一个目的就是提供一种分相器，特别是变压器无刷分相器，其轴向长度较小且重量较轻。
本发明还有另一个目的就是提供一种分相器，特别是变压器无刷分相器，它具有清楚定义的按三角函数变化的电压输出，即随着转子绕组在相对于分相器定子绕组的延伸弧的角度按正弦和余弦数变化。
上述的目的是通过比较印刷电路分相器和先有技术的绕制转子及定子绕组的分相器而达到的。
简单说本发明提供了一种分相器，它的定子组件由第一个平面的多匝定子绕组和第二个平面多匝绕组组成。一个转子组件安排在靠近定子组件并可相对于定子组件旋转。转子组件由一个平面多匝转子绕组构成，当激励的交流电源加到转子绕组时其磁场被感性耦合到定子绕组。以这种方式在每个定子绕组上感应出一个电压，每个电压随转子绕组相对于定子绕组的角度位置按三角函数变化。
根据本发明的一个重要方面，提供了一些具有独特的几何形状的分相器线圈。本发明的每一种分相器绕组都是平面的且由在一个盘面上形成的至少多匝线圈组成。每个线圈由N匝和2M个扇区构成，其中N和M是整数。在每个扇区中，给定匝的每一点的径向的和园周的位置相对于园盘被沿着从园盘的园心放射的径向扇形线排列。给定匝的每一点相对于盘的园心的位置是由内匝半径或外匝半径确定的。任何给定匝的内匝半径是沿着一定的扇形线形测量出的从盘的园心到该匝上最邻近点的距离。该匝的外匝半径是沿同一扇形线测量从盘的园心到该匝上最远点的距离。对一个给定的扇形线所有外匝半径之和减去该给定的扇形线的所有内匝半径之和为一确定值。该线圈所有扇形线上所有这些值的组合近似为正弦函数。
本发明上述的和其他目的、特性及优点将在以下的本发明较佳实施例的具体描述中展现出来，以下的说明结合附图进行。
图1描绘了一个变压器无刷分相器的概要图;
图2是按照本发明的一个分相器的剖视图;
图3是图2的转子和定子组件的部分放大的视图，它说明这些组件的各个层;
图4～9说明定子部件的各种样式的层，并显示每层上形成的各种样式的多匝电感线圈，它们构成了定子绕组;
图10～13说明转子组件各样式的绝缘层并绘出每层上形成的各样式的电感线圈，它们构成了转子绕组;
图14绘出定子组件的定子绕组的相对位置;
图15是半个单个多匝线圈的概要图，用来说明根据本发明做的独特的线圈几何结构。
现在专门讨论绕组和图1，在那里一般地表示了一个一般形式的变压器无刷分相器10。分相器10包括一个定子和一个转子。定子包括一个第一多匝定子绕组12，一个第二多匝定子绕组14和一个多匝定子激励绕组16。转子包括一个多匝转子绕组18和一个多匝转子激励绕组20，它与转子绕组18相耦合或联接。如图所示，该分相器10的定子绕组12和14在电学上是互成90°放置的。
在工作时，当定子激励绕组16上有一被加到其两端22和24上的交流电源时，在转子激励绕组20和定子绕组18上则产生一个交流电压。如果转子是被一个交流载波电压VSinωact激励的，那么在S1-S3之间和S2-S4之间的两个定子输出电压为Vs1-s3(t)＝KVSinθSinωactVs2-s4(t)＝KVCosθSinωact其中θ是分相器移相角，V和ωac分别为参考交流电压(或称为载波)即在转子中引入的电压的幅度和角频率，K是传输因子。
由以上所述可以知道图1给出的分相器是一个位置指示传感器，它分别在S1-S3和S2-S4端产生两个输出电压，随着转子相对于定子的角度位置一个按正弦函数变化另一个按余弦函数变化。本发明致力于图1所示的一般型的分相器，但是它没有绕制的线圈，而有高的传输比和小的轴向尺寸。
现在讨论图2，这里给出了根据本发明的一个无刷分相器30的剖面图。分相器30包括一个中心轴34。分相器30还包括一个定子组件36和一个转子组件38。定子组件36是固定的，转子组件38在那里绕着轴36相对于定子组件旋转。
定子组件36包括一个第一平面的铁磁体平皿40和一个多层园盘32。转子组件38包括一个第二平面的铁磁体平皿42和一个多层园盘33。铁磁体平皿40和42提供了低磁阻的通路。多层园盘32和33包含一些绝缘层，其上有如在后面所详述的多匝绕组。本发明的分相器30使用非绕制的线圈。此外，转子和定子组件组合起来的轴向尺寸大约为6cm。分相器的传输比约为1.0±5%。该分相器提供一个位置信号，其精确度达360°弧的±60分。
在工作时，分相器30产生两个不同的电压输出信号，它们随转子相对于定子的角度位置按三角函数变化，如以上参考图1的叙述。一个输出电压信号随中心轴34相对于定子组件36的角度位置按正弦函数变化，另一个按余弦函数变化。
现在看图3，我们将分别说明定子组件36和转子组件38的结构。图3是图2的转子和定子组件的零件分解图。如图3所示，且在图4～9的说明中将变得更明显，定子组件36包括一个多层的园盘32，它有第一、二、三、四、五和第六个平面绝缘层50、52、54、56、58和60，在它们上面分别形成了一些电感图样。定子组件36的多层园盘32在一个凹形的铁磁体平皿40之内。
如图3还可以看到的，而且在图10～13的说明中将变得更明显，转子组件38也包括一个多层的园盘33，它有第一、二、三和第四个平面的绝缘层62、64、66和68，在它们上面分别形成一些电感图样。转子组件38的多层园盘33在一个凹形的铁磁体平皿42之内。
现在更仔细地看看图4～9，定子组件36将被进一步地详细说明。在图4中，显示出第一个平面绝缘层50。平面绝缘层50有四个多匝电感图样80、82、83和84被做在它的表面。在图5中显示了其相邻的平面绝缘层52。绝缘层52的表面上也形成了四个多匝电感图样86、88、90和92。如由图3、4和5可见，第一和第二个绝缘层50和52分别位于平行的平皿内。在层50和52上形成的多匝电感图样通过透孔互联，这样这些图样联在一起构成了第一个定子绕组，相当于图1中的定子绕组14。第一个定子绕组的第一个部分是由绝缘层50支撑的，并由第一组多个多匝印刷电路定子线圈80、82、83和84组成，它们在第一个绝缘层50上彼此分开地放置。第一个定子绕组的第二个部分是由绝缘层52支撑的，并由第二组多个多匝印刷电路定子线圈86、88、90和92组成，它们在绝缘层52上彼此分开地放置。这第一个定子绕组的两个输出端分别为绝缘层50上的94和绝缘层52上的96。当把绝缘层50和52装配在一起时，线圈80(在层50上)和86(在层52上)是相邻的或说是相对的并且是互相重合的。线圈82和88、83和90以及84和92也是同样的。如此后所要说明的，层50和52及其上布置的那些线圈一起构成了一个两层四极的印刷电路绕组组件。
第一个定子绕组构成了一个从层50上的输出端94到层52上的输出端96的电的串联通路。印刷线路导线100从输出端94延伸到第一个印刷电路线圈80。线圈80以第一或逆时针方向缠绕并在层52的节点102处结束。与层50紧相邻的第二层52的位置使得它的第一个线圈86与第一层50的第一个线圈80相邻。第一层50上的第一个线圈80通过一个在第一层50上的接触孔104与第二层52的第一个线圈86串联。第二层52的第一个线圈86的缠绕方向与第一层的第一个线圈80相同，即逆时针方向，并且通过印刷电路导线105与第二层52的第二个线圈88串联。第二层52的第二个线圈88的缠绕方向与该层的线圈86相反，即为顺时针方向。第二层的第二个线圈88通过第一层50上的接触孔106与第一层50的第二个线圈82串联。第一层的线圈82的缠绕方向与第二层52的第二个线圈88的相同，即顺时针方向，并且通过印刷电路导线107与第一层50上的第三个线圈83串联。第一层50的第三个线圈83的缠绕方向与第一层50的第二个线圈82的相反，即为逆时针方向。第一层的第三个线圈83通过层50上的接触孔108与第二层52的第三个线圈90串联。第二层52的第三个线圈90的缠绕方向与第一层50的第三个线圈83的相同，并通过印刷电路导线108与第二层52上的第四个线圈92串联。第二层52的第四个线圈92的缠绕方向与第二层52的第三个线圈90的相反，即为顺时针方向。第二层52的第四个线圈92通过第一层50上的接触孔110与第一层50的第四个线圈84串联。第一层50的第四个线圈84与第二层52的第四个线圈92的缠绕方向相同，即为顺时针方向。印刷电路导线112把线圈84联接到节点114，然后通过接触孔116联接到层52的节点118。印刷电路导线120包围了线圈88并联接到节点122，然后通过接触孔124联接到层50上的节点126。印刷电路导线128联接节点126和130，然后通过接触孔132联接到层52的节点134。节点134通过印刷电路导线136联接到输出端96。
由上述可知，在一对相邻的绝缘板50和52上的线圈是相对的且互相严格对准的，而这些相对的相互对准的线圈组成了多个相对的且对准的线圈对，即线圈80和86组成一对相对且对准的线圈对，线圈82和88;83和90以及84和92都组成线圈对。在每一对相对且对准的线圈对中，线圈是互相串联的且缠绕方向相同。相邻的线圈对互相串联且缠绕方向相反。由于线圈的这种几何结构在层50和52中的互联导线中磁通互相抵消。还可以进一步看出当布置在层50和52的定子绕组(它是由相邻的线圈对如80和86以及82和88建立的多匝四极绕组)的线圈中流过电流时，将形成相反的磁极。运用符号N、S、N、S画在图8和图9中。
现在看图8和图9，现在将说明本发明的分相器的第二个定子绕组。绝缘层58和60各支撑该第二个定子绕组的一部分，这两部分合起来相当于图1中的定子绕组12。第二个定子绕组的第一部分是由第三个绝缘层58支撑的，并构成了第三组多个多匝印刷电路定子线圈200、202、204和206，它们互相分开地放置。该第二个定子绕组的第二部分是由第四个绝缘层60支撑的，并构成了第四组多个多匝印刷电路定子线圈208、210、212和214，它们互相分开地放置。第二个定子绕组的输出端为绝缘层58上的214和绝缘层60上的216。
与第一个定子绕组类似，第二个定子绕组构成了一个从层58上的输出端214到层60上的输出端216电的串联通路。印刷电路导线218从输出端214延伸到层58上的第一个多匝印刷电路线圈200。该线圈200以第一方向即顺时针方向缠绕，并终止在第三层58上的节点220。与层58紧相邻的第四层60的位置使它的第一个线圈208与第三层58上的第一个线圈200相邻。第三层58上的第一个线圈200通过第三层58上的接触孔222与第四层60上的第一个线圈208串联。第四层60的第一个线圈208的缠绕方向与第三层58的第一个线圈200的相同，即为顺时针方向，并且通过印刷电路导线224与第四层60的第二个线圈210串联。第四层的第二个线圈210的缠绕方向与第四层60的第一个线圈208的相反，即为逆时针方向。第四层60的第二个线圈210通过层58上的接触孔226与第三层58的第二个线圈202串联。第三层58的第二个线圈202的缠绕方向与第四层60的第二个线圈210的相同，即为逆时针方向，并且通过印刷电路导线228与第三层58的第三个线圈204串联。第三层58的第三个线圈204的缠绕方向与第三层的第二个线圈202的相反，即为顺时针方向。第三层58的第三个线圈204通过层58上的接触孔230与第四层60的第三个线圈212串联。第四层60的第三个线圈212的缠绕方向与第三层58的第三个线圈204的相同，并且通过印刷电路导线232与第四层60的第四个线圈214串联。第四层60的第四个线圈214的缠绕方向与第四层的第三个线圈212的相反，即为逆时针方向。第四层的第四个线圈214通过层58上的接触孔234联接到第三层58的第四个线圈206。层58的第四个线圈206的缠绕方向与第四层60的第四个线圈214的相同，即为逆时针方向。印刷线路导线236把线圈206联接到节点238，然后通过接触孔240联接到第四层60上的节点242。印刷电路导线244包围着层60上的线圈210并联接到节点246，然后通过接触孔248联接到第三层58上的节点249。印刷电路导线250把节点249联到节点252，然后通过接触孔253联接到第四层上的节点254。节点254通过印刷电路导线256被联接到输出端216。
为了完成对定子组件36的说明，现在看图6和图7，它们说明本发明的平面定子激励绕组。定子激励绕组由第一部分300(见图7)和第二部分302(见图8)组成。定子激励绕组的第一部分300由第五层绝缘层54上的一个印刷电路的多匝线圈301组成，而第二部分302由第六绝缘层56上的印刷电路的多匝线圈303组成。定子激励绕组构成了从层54上的输入端304到层56上的输入端306的电连续通路。印刷电路导线308从输入端304延伸到层54上的线圈301的起点，线圈301以顺时针方向缠绕，并在第五层54的节点310结束。定子激励线圈301的第一部分通过第五层54上的接触孔312和层56上的节点314与层56上定子激励线圈的第二部分302串联。第二部分302的缠绕方向与第五层54上的线圈301的相同。第五层54上的定子激励绕组第二部分302的末端通过印刷电路导线312联接到输入端306。定子激励绕组的301和302两部分合在一起相当于图1中的定子激励绕组16。因为在层54和56上的绕组是相互重合的，但进一步看，两层上电流的方向相反，所以在层54和56之间产生的磁通都是抵消的。
现在转到图3和图10～13，说明转子组件38。在图10中画出了该转子的第一个平面绝缘层62，在图11中画出了相邻的平面绝缘层64。如从图3、图10和图11可以看到的，第一和第二个绝缘层62和64分别在两个互相平行的平面内。绝缘层62和64各支撑转子绕组的一部分，这两部分合在一起相当于图1中的转子绕组18。转子绕组的第一部分是由绝缘层62支撑的，并且由第一组多个多匝的印刷电路转子线圈402、404、406和408组成，它们被分隔地放置在该层上面。该转子绕组的第二部分是由绝缘层64(图11)支撑的，并由第二组多个多匝印刷电路转子线圈410、412、414和416组成，它们被相分隔地放置在该层上面。该转子绕组的两端在支撑装置62的418和绝缘层64的420。
该转子绕组构成了一个从绝缘层62上的端点418到绝缘层64上的端点420的电连续通路。印刷电路导线425从端点418延伸到第一个线圈402。线圈402按第一或逆时针方向缠绕，并延伸到节点426。紧邻绝缘层62的第二个支撑装置或层64的位置使得其第一个线圈410正好与第一层62的第一个线圈402相邻。第一个线圈402通过第一层62上的接触孔428与第二层64的第一个线圈410串联。第二层64的第一个线圈410的缠绕方向与层62的第一个线圈402的相同，为逆时针方向，并且通过印刷电路导线429与第二层64的第二个线圈412串联。第二层64的第二个线圈412的缠绕方向与第一个线圈410的相反，为顺时针方向。第二个线圈412通过层62上的接触孔430与第一层62的第二个线圈404串联。这第二个线圈404的缠绕方向与层64的第二个线圈412的相同，为顺时针方向，并通过印刷电路导线432与第一层62的第三个线圈406串联。第三个线圈406的缠绕方向与第二个线圈404的相反，为逆时针方向。第三个线圈406通过层62的接触孔434与层64的第三个线圈414串联。这第三个线圈414的缠绕方向与层62的第三个线圈406的相同，并且通过印刷电路导线436和层64上的第四个线圈416串联。这第四个线圈416的缠绕方向与层64的第三个线圈414的相反，为顺时针方向。层64的第四个线圈416通过层62上的接触孔438联接到第一层62的第四个线圈408。这第四个线圈408的缠绕方向与层64的第四个线圈416的相同，为顺时针方向。印刷电路导线440把线圈408联接到节点442，然后通过接触孔442联接到层64上的节点443。印刷线路导线444包围着线圈412并被联接到节点445，然后通过接触孔446联接到层62的节点447。印刷线路导线448联接节点447和节点449，然后通过接触孔450联层62的节点452。节点452通过印刷电路导线454联接到端点420。由上述可知当布置在层62和64的转子绕组(它是由相邻的线圈对402和410以及404和412等等形成的多匝四极绕组)的线圈中流过电流时，将形成相反的磁极。这在图10和图11中用符号N、S、N、S画出。
为了完成对转子组件38的说明，现在参看图12和13，它们说明平面转子激励绕组，它与转子分相器绕组相耦合或联接。转子激励绕组由第一部分500(见图12)和第二部分502(见图13)组成。转子绕组的第一部分500由放在第三个绝缘层66(图3)上的一个多匝印刷电路线圈504组成，而第二部分502则由放在第四个绝缘层68(图3)上的一个多匝印刷电路线圈506组成。转子激励绕组形成了一个从层66上的端点510到层68上的端点512的电连续通路。印刷电路导线514从端点510开始延伸，按逆时针方向缠绕，并在层66上的节点516终止。转子激励绕组的第一部分500通过第三层66上的接触孔518和层68上的节点520与第四层68上的转子激励绕组的第二部分502串联。第二部分502的缠绕方向与第三层66上的第一部分500的相同，它用印刷电路导线522按逆时针方向缠绕，并在层68的端点512处终止。
由上述可知当定子激励绕组上加有交流电源时，在转子激励绕组中将感生一个交流电压，且该转子绕组电压将在转子分相器绕组中感生电流，然后将在第一和第二个定子绕组中各感生一个电压。
现在看图14，它绘出了定子组件36的定子绕组间的相对位置，可以看出在绝缘层50和52上构成的第一个定子绕组(实线)相对于在绝缘层58和60上构成的第二个定子绕组(虚线)在物理上成45°角放置。这45°的物理上的放置造成90°的电位移，如图1所示的分相器的情况。因而分别在层50和52上的端点94和96之间出现的电压和分别在层58和60上的端点214和216之间出现的电压将随转子绕组相对于定子绕组的角度位置按三角函数变化，即按正弦和余弦函数变化。因为角度位置的正切只不过是正弦除以余弦，所以正弦和余弦值可以用来精确地确定角度位置。
现在看图15，并说明根据本发明的独特的线圈几何结构。如上所述，两个定子绕组(分别在园盘形绝缘层50-52和58-60上形成的)的每一个和转子绕组(在园盘形绝缘层62-64上形成的)都是由一组多个稍许不规则形状的平面线圈组成的，其每个线圈为N匝。如图15所示，例如N＝7，即每个线圈由7匝构成。在每个线圈的每一匝上的每个点的位置可以用它在园盘上的径向的和园周方向的位置来确定。每个线圈的每一匝上每一点相对于园盘600的园心的径向位置是精确确定的。此外，每个线圈的每一匝上每一点的园周方向的位置也是精确确定的。
每个线圈的每一匝上的每一点的径向位置是沿着多条径向延伸的、从园盘600的园心放射出来的扇形线确定的。首先，线圈被分成2M个径向扇区，其中M是与半个线圈交叉的扇区的数目。如图15所示，M＝12，即所画出的半个线圈被12条扇形线分隔，整个线圈被24条扇形线分隔。沿着任一给定的扇形线从园盘中心600到任何给定匝的最近距离被定义为内匝半径R(inner)。从园盘中心600沿同一给定的扇形线到同一匝的最远点的距离被定义为外匝半径R(outer)。
对每条扇形线定义一个V值。值V(sector n)等于沿一给定的扇形线上所有外匝半径之和减去沿同一扇形线上所有内匝半径之和。换句话说Vsector12＝∑R(outer)sector12-∑R(inner)sector12Vsector11＝∑R(outer)sector11-∑R(inner)sector11Vsector10＝∑R(outer)sector10-∑R(inner)sector10.
.
.
.
.
.
Vsector0＝∑R(outer)sector0-∑R(inner)sector0为了产生具有所希望的正弦和余弦输出的分相器，已经发现一组所有的计算值V必定定义一个扇区位置的正弦函数，如图示情况扇区12的V最小而扇区0的V值最大。
虽然本发明对其较佳实施例已做了展示和说明，但精于此技术的人们知道可在其中对其形式和细节方面做出各种各样的变化和删改而并没有超出本发明的思想和范围。
权利要求
1.一个分相器，它包括一个由第一平面定子绕组和第二平面定子绕组组成的定子组件；一个邻近所述定子组件并可相对所述定子组件旋转的转子组件，所述转子组件包括一个平面转子绕组，当一个激励的交流电源加到该转子绕组时，用于将该电源感生地耦合到所述的第一和第二个定子绕组中，使它们各感应出一个随着所述转子绕组相对于所述第一和第二定子绕组的角度位置按三角函数变化的电压。
2.根据权利要求1的分相器，其中所述定子组件进一步包括紧邻所述第一和第二定子绕组放置的第一个铁磁体平皿，以及其中所述转子组件进一步包括紧邻所述转子绕组放置的第二个铁磁体平皿，这第一和第二个平皿提供了低磁阻的通路。
3.根据权利要求2的分相器，其中所述的第一定子绕组和第二定子绕组在物理上互成45°角，在电学上互成90°角。
4.根据权利要求1的分相器，其中所述的定子绕组包括一个第一平面支撑构件，所述第一定子绕组的第一部分做在所述第一支撑构件上;一个第二平面支撑构件，所述第二支撑构件紧邻所述的第一支撑构件且位于与所述第一支撑构件平行的平面上，第一定子绕组的第二部分做在所述第二支撑构件上;一个第三平面支撑构件，所述第三支撑构件紧邻所述的第二支撑构件且位于与所述第二支撑构件平行的平面上，第二定子绕组的第一部分做在所述第三支撑构件上;一个第四平面支撑构件，所述第四支撑构件紧邻所述第三支撑构件并位于与所述第三支撑构件平行的平面内，所述的第二定子绕组的第二部分做在所述第四支撑构件上。
5.根据权利要求4的分相器，其中所述的第一定子绕组的第一部分包括在所述的第一个支撑构件上分开放置的第一组多个多匝印刷电路线圈;以及其中所述的第一定子绕组的第二部分包括在所述的第一个支撑构件上分开放置的第二组多个多匝印刷电路线圈。
6.根据权利要求5的分相器，其中所述的第一组多个定子线圈与所述的第二组多个定子线圈相串联。
7.根据权利要求5的分相器，其中所述的第二定子绕组的第一部分包括在所述的第三个支撑构件上分开放置的第三组多个多匝印刷电路线圈;以及其中所述的第二定子绕组的第二部分包括在所述的第四个支撑构件上分开放置的第四组多个多匝印刷电路线圈。
8.根据权利要求7的分相器，其中所述的第三组多个定子线圈和第四组多个定子线圈相串联。
9.根据权利要求1的分相器，其中所述的转子组件包括第一平面支撑部件，所述的转子绕组的第一部分做在所述第一支撑部件上;第二平面支撑部件，所述第二支撑部件紧邻所述的第一支撑部件并位于与所述第一支撑部件平行的平面内，转子绕组的第二部分做在所述第二支撑部件上。
10.根据权利要求9的分相器，其中所述转子绕组的第一部分包括在所述的第一个支撑部件上分开放置的第一组多个多匝印刷电路转子线圈;以及其中所述转子绕组的第二部分包括在所述的第二个支撑部件上分开放置的第二组多个多匝印刷电路转子线圈。
11.根据权利要求10的分相器，其中所述的第一组多个转子线圈与第二组多个转子线圈相串联。
12.根据权利要求1的分相器，它还包括用一交流电源激励所述转子的装置。
13.根据权利要求12的分相器，其中在一个所述第一和第二定子绕组上感应的所述电压按正弦函数变化，在其它所述第一和第二定子绕组上感应的另一电压按余弦函数变化。
14.根据权利要求1的分相器，其中所述定子组件进一步包括一个平面定子激励绕组，用于把一个交流电源感性地耦合到转子组件，以及其中所述的转子组件进一步包括一个平面转子激励绕组，它与所述转子绕组相耦合，当所述的定子激励绕组加有交流电源时，在所述转子激励绕组和所述转子绕组中感应出一个交流电压，然后在上述的第一和第二定子绕组中感应出交流电压，这两个交流电压随转子绕组相对于定子绕组的角度位置按三角函数变化。
15.根据权利要求14的分相器，其中定子组件进一步包括第一个平面支撑构件，所述第一个定子绕组的第一部分做在所述第一个支撑构件上;第二个平面支撑构件，所述第二个支撑构件紧邻所述第一个支撑构件并位于与所述第一个支撑构件平行的平面内，所述第一定子绕组的第二部分做在所述第二支撑构件上;第三个平面支撑构件，所述第三个支撑构件紧邻上述第二个支撑构件并位于与上述第二个支撑构件平行的平面内，所述第二定子绕组的第一部分做在该第三支撑构件上;第四个平面支撑构件，所述第四个支撑构件紧邻所述第三个支撑构件并位于与所述第三个支撑构件平行的平面内，所述第二定子绕组的第二部分做在该第四支撑构件上;第五个平面支撑构件，所述的定子激励绕组的第一部分做在所述第五支撑构件上;第六个平面支撑构件，所述第六支撑构件紧邻上述第五支撑构件并位于与所述第五支撑构件平行的平面上，所述定子激励绕组的第二部分做在该第六支撑构件上;以及其中所述的转子组件进一步包括第一个平面支撑部件，所述的转子绕组的第一部分做在所述第一支撑部件上;第二个平面支撑部件，所述第二支撑部件紧邻所述第一支撑部件并位于所述第一支撑部件平行的平面内，所述转子绕组的第二部分做在所述第二支撑部件上;第三个平面支撑部件，所述第三支撑部件紧邻所述第二支撑部件，所述的转子激励绕组的第一部分做在所述第三支撑部件上;第四个平面支撑部件，所述第四支撑部件紧邻所述第三支撑部件并位于与所述第三支撑部件平行的平面内，所述的转子激励绕组的第二部分做在所述第四支撑构件上。
16.根据权利要求15的分相器，其中所述的第一个定子绕组的第一部分由第一组多个多匝印刷电路定子线圈构成，这些线圈分开放置在所述第一支撑构件上;所述的第一个定子绕组的第二部分由第二组多个多匝印刷电路定子线圈构成，这些线圈分开放置在所述第二支撑构成上;所述的第二个定子绕组的第一部分由第三组多个多匝印刷电路定子线圈构成，这些线圈分开放置在所述第三支撑构件上;所述的第二个定子绕组的第二部分由第四组多个多匝印刷电路定子线圈构成，这些线圈分开放置在所述第四支撑构件上;所述的转子绕组的第一部分由第一组多个多匝印刷电路转子线圈构成，这些线圈分开放置在所述第一个支撑部件上;所述的转子绕组的第二部分由第二组多个多匝印刷电路转子线圈构成，这些线圈分开放置在所述的第二个支撑部件上;所述的定子激励绕组的第一部分由在所述第五个支撑构件上的一个多匝印刷电路线圈构成;所述的定子激励绕组的第二部分由在所述第六个支撑构件上的一个多匝印刷电路线圈构成;所述的转子激励绕组的第一部分由在所述第三个支撑部件上的一个多匝印刷电路线圈构成;所述的转子激励绕组的第二部分由在所述第四个支撑部件上的一个多匝印刷电路线圈构成。
17.根据权利要求1的分相器，其中所述的第一和第二个平面定子绕组每个都至少由一个平面多匝线圈构成，该线圈由N匝和2M个扇区构成，其中N和M是整数;所述的2M个扇区都被定义在两个由园心放射出的两条径向线之间;所述的N匝的每一匝都有一组多个内匝半径和一组多个外匝半径，每一匝的这些内匝半径被定义为沿着扇区线从园心到该匝上最近点的距离，而每一匝的外匝半径被定义为沿着同一扇区线从园心到该匝上最远点的距离;对于给定扇区线的所有外匝半径之和减去对于该给定扇区线的所有内匝半径之和定义了一个值;一个线圈所有扇区线的所有的该值近似为一正弦函数。
18.根据权利要求17的分相器，其中所述的正弦函数沿所述线圈的最中间的扇区线为最大值。
19.根据权利要求18的一个平面绕组，其中当所述线圈中有电流时对于给定匝和给定扇区线的该值是与沿着该给定扇区线上的该给定匝磁通量成比例的。
20.一个平面绕组，它至少由一个平面多匝线圈构成，该线圈由N匝和2M个扇区构成，其中N和M是整数，这2M个扇区每个都被定义在两条从园心放射出的径向的扇区线之间，每一匝有一组多个内匝半径和一组多个外匝半径，每一匝的内匝半径被定义为沿着该扇区线测量的从园心到该匝上最近点的距离，每一匝的外匝半径被定义为沿着同一扇区线测量的从园心到该匝上最远点的距离;对于一给定的扇区线的所有外匝半径之和减去所有内匝半径之和定义了一个值;对于一个线圈的所有扇区线的一组所有的该值近似地是正弦函数。
21.根据权利要求20的一个平面绕组，其中所述的正弦函数在沿着所述线圈的最中间的扇区线时取值最大。
22.根据权利要求21的一个平面绕组，其中当所述线圈中有电流时，对于给定匝和给定扇区线的该值是与沿着该给定扇区线上的该给定匝磁通量成比例的。
23.根据权利要求20的一个平面绕组，其中所述的2M+1个扇区线对着近似为90°的角。
24.根据权利要求20的一个平面绕组，其中N大约为13。
25.根据权利要求20的一个平面绕组，它进一步包括一个平面支撑构件，至少有一个所述线圈做在该支撑构件上。
26.根据权利要求20的一个平面绕组，它进一步包括一个第二平面多匝线圈，该第二个线圈至少与一个所述线圈串联并位于与第一个线圈分开的平面内，从而构成双层的平面线圈组。
27.根据权利要求20的一个平面绕组，它进一步包括一个平面的第一支撑构件，至少有一个所述线圈被做在该第一支撑构件上;一个平面的第二多匝线圈;和一个平面的第二支撑构件，该第二线圈被做在该第二支撑构件上;第一和第二支撑构件是互相紧邻的，而且所述第一和第二线圈是串联的。
28.根据权利要求27的平面绕组，其中所述的第一支撑构件具有接触孔，通过接触孔所述第一线圈与第二线圈相联接。
29.根据权利要求28的平面绕组，其中所述的第一线圈和第二线圈缠绕方向相同。
30.根据权利要求28的平面绕组，它进一步包括一个第三平面多匝线圈和一个第四多匝线圈，该第三线圈做在所述的第一支撑构件上，该第四线圈做在所述的第二支撑构件上，该第四线圈与所述的第二线圈串联，所述第一支撑构件上有二个接触孔，该第四线圈通过第二个接触孔与所述第三线圈串联，该第三和第四线圈缠绕方向相同但与第一和第二线圈的缠绕方向相反，当电流流过所述第一、第二、第三和第四线圈时，形成一个两极绕组。
31.一个多层多极印刷线路绕组组件，包括一组多个支撑构件，和一组多个多匝印刷电路线圈，它们做在所述多个支撑构件的每一个上，在相邻的一对支撑构件上的所述线圈是相对的并互相严格对准的，这样相对又互相对准的线圈是由一组多对相对且又对准的线圈组成的，相对且又对准的线圈对中的两个线圈是串联的且缠绕方向相同，相邻的两个相对且又对准的线圈对是互相串联的且缠绕方向相反，当电流流入这些线圈时形成多极绕组，相邻的相对且又对准的线圈对产生相反的磁极。
32.根据权利要求31的一个多层多极印刷线路绕组组件，其中第一对支撑构件和分别在这两个支撑构件上的多个线圈组成了一个分相器的第一个定子绕组;第二对支撑构件和分别在这两个支撑构件上的多个线圈组成了所述分相器的第二个定子绕组。
33.根据权利要求32的一个多层多极印刷电路绕组组件，其中第一和第二个绕组在物理上互成45°角，在电学上互成90°角。
34.根据权利要求33的一个多层多极印刷电路绕组组件，它进一步包括一个铁磁体平皿，它与第一和第二个定子绕组紧紧相邻。
35.根据权利要求32的一个多匝多极印刷电路绕组组件，它进一步包括第三对支撑构件，该第三对支撑构件的每一个上都有一个多匝印刷电路线圈，这两个线圈是串联的，该第三对支撑构件及其上的线圈被放在上述的第一和第二对支撑构件之间，并组成了定子激励绕组组件，用于当该转子组件及转子激励绕组相邻近所述的定子激励绕组组件时，把一个激励的交流电源感性地耦合到分相器转子组件的转子激励绕组上去。
36.根据权利要求31的一个多层多极印刷电路组件，其中多个支撑构件组成了一对支撑构件，这一对支撑构件上的多个线圈组成了分相器的一个转子绕组。
37.根据权利要求36的一个多层多极印刷电路组件，它进一步包括第二对支撑构件，该第二对支撑构件的每一个上面都有一个多匝印刷电路线圈，这两个线圈是串联的，并与上述支撑构件对上的多个线圈相耦合，该第二对支撑构件和其上的两个线圈与上述的支撑构件对相邻，并组成转子激励绕组组件。
38.根据权利要求37的一个多层多极印刷电路组件，它进一步包括一个铁磁体平皿，它与上述转子绕组和转子激励绕组组件相邻。
39.一个双层四极印刷电路绕组组件，包括第一层，第二层，每层有四个多匝印刷电路线圈，第一层的第一个线圈沿第一个方向缠绕，它与第二层的第一个线圈串联，且与它相邻;第二层的第一个线圈与第一层的第一个线圈缠绕方向相同，并与第二层的第二个线圈串联，第二层的第二个线圈与第二层的第一个线圈缠绕方向相反，第二层的第二个线圈与第一层的第二个线圈串联，并与之相邻，第一层的第二个线圈与第二层的第二个线圈缠绕方向相同，并与第一层的第三个线圈串联，第一层的第三个线圈与第一层的第二个线圈缠绕方向相反，第一层的第三个线圈与第二层的第三个线圈串联，并与之相邻，第二层的第三个线圈与第一层的第三个线圈缠绕方向相同，并与第二层的第四个线圈串联，第二层的第四个线圈与第二层的第三个线圈缠绕方向相反，第二层的第四个线圈与第一层的第四个线圈串联，并与之相邻，第一层的第四个线圈与第二层的第四个线圈缠绕方向相同。
全文摘要
一个印刷电路分相器包括一个定子组件，定子组件由第一个平面的多匝定子绕组和第二个平面多匝定子绕组组成。一个转子组件与该定子组件相邻，并可相对于定子组件旋转。在每个定子绕组中感应出一个电压，每个电压都随转子绕组相对于定子绕组的角度位置按三角函数变化。分相器的每个绕组都是平面的并且由至少在一个圆盘上形成的两个平面多匝线圈组成。每个线圈由N匝和2M个扇区组成。
文档编号G01P3/42GK1065730SQ91102259
公开日1992年10月28日 申请日期1991年4月12日 优先权日1991年4月12日
发明者伊兹雷尔·查尔斯 申请人:特兰斯考公司