专利名称：轴向磁路多对极磁阻式旋转变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轴向磁路多对极磁阻式旋转变压器，属于变压器技术领域。
技术背景
多极旋转变压器作为一种高精度位置测试元件，其磁路结构的互补性可以抵消偏 心等因素引起的测量误差。传统的绕线式旋转变压器，由于其输入绕组和输出绕组分别置 于转子和定子上，为了实现旋转变压器的无刷化，则需要增加一个耦合变压器，由此造成旋 转变压器的结构复杂化；另一种为游标式旋转变压器，它的输入绕组和输出绕组都设置在 定子上，实现了无刷化，但是这种旋转变压器需要采用结构复杂的正弦绕组。
目前发展较快的磁阻式旋转变压器从根本上解决了励磁结构的难题，现有的磁阻 式旋转变压器一般采用径向磁路变磁阻结构即通过改变气隙的长度和大小进行变磁阻设 计，进而改变输出信号的电势幅值。当气隙较大时，会使旋转变压器的输出及输入阻抗减 小，并受负载影响较大。同时当极对数增加到一定数值时，需要相应较大幅度地增加其直 径，导致旋变直径增加。发明内容
本发明的目的是为了解决现有磁阻式旋转变压器进行变磁阻设计时，会导致气隙 增大，使输入输出阻抗减小的问题，提供一种轴向磁路多对极磁阻式旋转变压器。
本发明包括定子和转子，所述定子的内圆表面与转子的外圆表面之间为气隙，
它还包括励磁绕组、A相信号绕组和B相信号绕组，
所述定子是圆筒形，沿其轴向由定子上段、定子中段和定子下段组成，定子上段和 定子下段的形状相同，定子上段和定子下段的内圆表面上均沿圆周方向均勻排布4PN个凸 齿，其中P为极对数，N为自然数，相邻凸齿之间为齿槽，所述齿槽的内径与定子中段的内径 相同；
所述转子由非导磁材料上段、导磁材料中段和非导磁材料下段组成，导磁材料中 段沿圆周方向呈现为波纹状，并且波峰个数为P，非导磁材料上段和非导磁材料下段与导磁 材料中段的形状相配合形成一体；
所述励磁绕组为环形，励磁绕组位于定子中段内侧，并与定子同轴设置；
所述A相信号绕组和B相信号绕组为两相对称交流绕组，定子上段和定子下段上 相同位置的相邻N个凸齿为一组，形成4P组凸齿，每组凸齿上缠绕同极同相信号绕组，相邻 组凸齿上A相信号绕组和B相信号绕组相间隔排布，所有同相同极的信号绕组正向串联。
本发明的优点是本发明采用轴向磁路结构，气隙小且均勻，可以使输入、输出阻 抗增加，有利于旋转变压器负载后性能的提高。同时，本发明的轴向磁路结构，缩小了旋转 变压器的体积，与同种精度的磁阻式旋转变压器相比，体积最小。
本发明的两相信号绕组与励磁绕组构成正交结构，可以尽量大地削弱电势波形中 的恒定分量。转子采用优化函数后的多峰波纹导磁材料中段，它保证了气隙磁通的正弦变化，进而保证了两相正交信号绕组的感应电势幅值满足随位置变化的正、余弦函数要求。
图1为本发明的结构示意图2为转子的结构示意图3为图2的平面展开示意图4为定子的轴向剖面图5为定子的励磁绕组的结构示意图6为定子上段和定子下段与导磁材料中段的轴向长度关系示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式包括定子1和 转子2，所述定子1的内圆表面与转子2的外圆表面之间为气隙，
它还包括励磁绕组3、A相信号绕组4和B相信号绕组5，
所述定子1是圆筒形，沿其轴向由定子上段1-1、定子中段1-2和定子下段1-3组 成，定子上段1-1和定子下段1-3的形状相同，定子上段1-1和定子下段1-3的内圆表面上 均沿圆周方向均勻排布4PN个凸齿1-4，其中P为极对数，N为自然数，相邻凸齿1-4之间为 齿槽，所述齿槽的内径与定子中段1-2的内径相同；
所述转子2由非导磁材料上段2-1、导磁材料中段2-2和非导磁材料下段2_3组 成，导磁材料中段2-2沿圆周方向呈现为波纹状，并且波峰个数为P，非导磁材料上段2-1和 非导磁材料下段2-3与导磁材料中段2-2的形状相配合形成一体；
所述励磁绕组3为环形，励磁绕组3位于定子中段1-2内侧，并与定子1同轴设 置；
所述A相信号绕组4和B相信号绕组5为两相对称交流绕组，定子上段1_1和定 子下段1-3上相同位置的相邻N个凸齿1-4为一组，形成4P组凸齿1-4，每组凸齿1_4上缠 绕同极同相信号绕组，相邻组凸齿1-4上A相信号绕组4和B相信号绕组5相间隔排布，所 有同相同极的信号绕组正向串联。
本实施方式中定子1设置于不动的机构上，转子2设置于可转动的机构上，定子1 上同时绕有励磁绕组3、A相信号绕组4和B相信号绕组5，并且励磁绕组3与两相信号绕 组所在平面呈现正交放置状态，励磁绕组3形成轴向的励磁磁路。所述励磁绕组3采用同 心式集中环形绕组，它水平放置于定子中段1-2在定子1内表面所形成的凹槽中。
所述的旋转变压器，其转子2由三段组成，上下两段由非导磁材料制成，中段由导 磁材料制成，导磁材料中段2-2的轮廓随转子位置呈波纹变化，非导磁材料上段2-1和非导 磁材料下段2-3作为导磁材料中段2-2的支撑构件，其波纹状的导磁材料中段2-2为优化 设计的函数图形，在加工方式上需要进行三维立体成型。
定子1的定子上段1-1和定子下段1-3的内表面均设计有轴向的通齿槽，4PN个凸 齿1-4上分别缠绕着A相信号绕组4和B相信号绕组5，其中有2PN个凸齿1_4上缠绕为A 相信号绕组4，构成P对极结构，N极下的N个绕组正向串联，S极下的N个绕组正向串联； 同样有2PN个凸齿1-4上缠绕为B相信号绕组5，构成P对极结构。
具体实施方式
二 下面结合图4说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的 进一步说明，所述定子上段1-1、定子中段1-2和定子下段1-3均为环形硅钢片叠压成的铁 心。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式
三本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明，所述A相信号 绕组4和B相信号绕组5的匝数相等。其它组成及连接关系与实施方式一或二相同。
工作原理
本发明中转子2与定子1齿的耦合面积是转子2与定子上段1-1的凸齿1-4及定 子下段1-3凸齿1-4的耦合面积之和。假设在某一时刻转子2与定子上段1-1的凸齿1-4 的耦合面积为S±，与定子下段1-3的凸齿1-4的耦合面积为ST，则总的耦合面积为S = Si +Sto由于本发明所述磁阻式旋转变压器是P对极的，其机械周期等于P次倍的电周期，因 此转子2每转过一个机械周期，其与定子1凸齿1-4的耦合面积S则周期性变化P次。因 此，适当地设计转子2多峰波纹带函数，就能够保证转子2转动一个机械周期时，定转子磁 路耦合面积S按照余弦规律周期性变化P次。
定转子之间的耦合面积S可以表示为下式，它与转子2转角成严格的余弦函数关 系2π
5=Κ·Ζ0 ,[ρθ + { -\)—\^s ,
式中K为定子1与转子2导磁带全部耦合的面积最大值；
θ为转子2转过的机械角度；
&为定子1凸齿1-4个数，& = 4ΡΝ;
由上面的分析容易得到每个定子1凸齿1-4下的气隙磁导Λ i变化式为 Λ S K ■ cos ρθ γ λ 广 U2^r1
K——~δ^=C1 cos[pe+0-1)—]
式中δ为气隙长度；
μ ^为空气的相对磁导率；
C1为气隙磁导Ai的幅值；
每个定子凸齿1-4下的激磁磁通Φ i为2π
诱=C2.cosIp0+O' -1)—]
式中C2为定子1与转子2导磁带全部耦合的磁通最大值；
由于定子励磁绕组3是嵌在定子上段1-1和定子下段1-3铁心中的一个等匝集中 绕组，两相信号绕组是缠绕在上下凸齿1-4上的等匝集中绕组，因此当输入的激磁电压不 变化时，激磁磁动势就不会变化。根据正余弦绕组采用等匝集中的连接方式，可以计算出A 相信号绕组4匝链的磁链Vs和B相信号绕组5匝链的磁链Ψ。为
ψ,=Σ ν2Φ,-Σ ν2Φ,/=1/=76 12Wc=Σ ν2Φ, - Σ ν2Φ,/=10
N2为每个凸齿1-4上信号绕组的匝数
联合上述表达式经过一定的化简，得到
权利要求
1.一种轴向磁路多对极磁阻式旋转变压器，它包括定子(1)和转子O)，所述定子(1) 的内圆表面与转子O)的外圆表面之间为气隙，其特征在于它还包括励磁绕组(3)、A相信号绕组(4)和B相信号绕组(5)，所述定子(1)是圆筒形，沿其轴向由定子上段(1-1)、定子中段(1- 和定子下段 (1-3)组成，定子上段(1-1)和定子下段(1-3)的形状相同，定子上段(1-1)和定子下段 (1-3)的内圆表面上均沿圆周方向均勻排布4PN个凸齿(1-4)，其中P为极对数，N为自然 数，相邻凸齿(1-4)之间为齿槽，所述齿槽的内径与定子中段(1-2)的内径相同；所述转子O)由非导磁材料上段0-1)、导磁材料中段(2- 和非导磁材料下段(2-3) 组成，导磁材料中段(2- 沿圆周方向呈现为波纹状，并且波峰个数为P，非导磁材料上段 (2-1)和非导磁材料下段(2- 与导磁材料中段0-2)的形状相配合形成一体；所述励磁绕组C3)为环形，励磁绕组C3)位于定子中段(1-2)内侧，并与定子(1)同轴 设置；所述A相信号绕组(4)和B相信号绕组( 为两相对称交流绕组，定子上段(1-1)和 定子下段(1- 上相同位置的相邻N个凸齿(1-4)为一组，形成4P组凸齿(1-4)，每组凸 齿(1-4)上缠绕同极同相信号绕组，相邻组凸齿(1-4)上A相信号绕组(4)和B相信号绕 组(5)相间隔排布，所有同相同极的信号绕组正向串联。
2.根据权利要求1所述的轴向磁路多对极磁阻式旋转变压器，其特征在于所述定子 上段(1-1)、定子中段(1-2)和定子下段(1-3)均为环形硅钢片叠压成的铁心。
3.根据权利要求1或2所述的轴向磁路多对极磁阻式旋转变压器，其特征在于所述A 相信号绕组(4)和B相信号绕组(5)的匝数相等。
4.根据权利要求1或2所述的轴向磁路多对极磁阻式旋转变压器，其特征在于所述 气隙长度为0. 3mm到0. 7mm。
5.根据权利要求1或2所述的轴向磁路多对极磁阻式旋转变压器，其特征在于所述 转子O)的外圆表面为光滑表面或其轴向的中段为环形凹槽。
6.根据权利要求1或2所述的轴向磁路多对极磁阻式旋转变压器，其特征在于所述 励磁绕组( 为集中绕组或双层短距绕组。
7.根据权利要求1或2所述的轴向磁路多对极磁阻式旋转变压器，其特征在于所述 转子O)的导磁材料中段(2- 的轴向长度与定子上段(1-1)和定子下段(1-3)的轴向长 度均相同。
8.根据权利要求3所述的轴向磁路多对极磁阻式旋转变压器，其特征在于所述波纹 状是指呈现周期正弦函数曲线状。
全文摘要
轴向磁路多对极磁阻式旋转变压器，属于变压器技术领域。它解决现有磁阻式旋转变压器进行变磁阻设计时，会导致气隙增大，使输入输出阻抗减小的问题。它定子与转子之间为气隙，定子上段和定子下段的形状相同，并且内圆表面上沿圆周方向排布4PN个凸齿，相邻凸齿之间为齿槽，齿槽与定子中段的内径相同；转子的导磁材料中段沿圆周方向呈现为波纹状，波峰个数为P；励磁绕组位于定子中段在定子内表面所形成的凹槽中，与定子同轴；定子上段和定子下段上相同位置的相邻N个凸齿为一组，A相信号绕组和B相信号绕组在4P组凸齿上相间隔排布，一组凸齿上缠绕同极同相信号绕组，同相同极的信号绕组正向串联。本发明用于伺服系统的速度及位置的测量。
文档编号H01F27/28GK102034596SQ20101054793
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者刘承军, 尚静, 徐永向, 徐谦, 李庆辉, 胡建辉 申请人:哈尔滨工业大学