一种磁阻式旋转变压器及其转子轮廓设计方法

1.本发明涉及磁阻式旋转变压器技术领域，尤其涉及一种磁阻式旋转变压器及其转子轮廓设计方法。


背景技术：

2.随着电动汽车、高精度机床等工业设备的发展；对于驱动系统的精度要求也日益提高，特别在电机伺服系统中用于检测转子位置的传感器。
3.磁阻式旋转变压器的本质是一种可控电机，其输出信号与转子位置满足一定的函数关系，将输出电压解角后可得到转子位置信息，相当于用于检测转子位置的传感器；磁阻式旋转变压器可以提供更高精度的转子位置信息；因为其体积小，结构简单，且可适应各种恶劣的工作环境，所以磁阻式旋转变压器适合在各种复杂的工况中使用。
4.磁阻式旋转变压器的转子采用的是凸极式结构，其原理便是利用凸极效应使得励磁绕组与输出绕组之间的互感随着转子的位置变化而变化，进而使输出绕组输出包含转子位置信息的正余弦函数形式的信号。在之前的转子轮廓设计中，通常使用正弦系数对于设计进行优化，没有通过气隙变化进行转子轮廓设计。
5.在如今的磁阻式旋转变压器研究中，如何降低输出信号的谐波含量，提高输出信号的正弦度，是研究的主要难题。现在常用增加齿数的方法降低谐波含量，但是会给安装工艺带来很大的麻烦。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种磁阻式旋转变压器及其转子轮廓设计方法，以解决现有的技术中降低旋变输出信号谐波含量的问题以及多齿数带来的安装工艺问题。
7.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
8.一种磁阻式旋转变压器，包括：定子和转子，所述定子内壁上设有参数相同的八个定子齿：齿一、齿二、齿三、齿四、齿五、齿六、齿七和齿八，其中，齿一中心线与齿二中心线形成的圆心角以及齿三中心线与齿四中心线形成的圆心角均为1.5π/p，齿一与齿五中心线共线，齿二与齿六中心线共线，齿三与齿七中心线共线，齿四与齿八中心线共线；所述定子上还设有定子齿绕组，所述转子的轮廓矢径为r(pθ)，r(pθ)＝r1+λ-l(pθ)，其中，r1为凸极转子的基圆半径，λ为定子齿极靴内表面到转子基圆的距离，l(pθ)为定子齿极靴内表面与转子间气隙长度；其中，p为转子极对数，θ为转子机械转角，a为定子齿极靴内表面面积，μ0为空气磁导率，im为线圈励磁电流，n为励磁绕组匝数，φm为平均磁通量，δ为调幅系数。
9.进一步的，转子轮廓由转子的轮廓矢径绘制而成。
10.进一步的，所述转子轮廓呈凸极状，转子凸极数与转子极对数相同。
11.进一步的，所述定子齿极靴内表面与转子间气隙长度随着转子转角的变化而变
化，其变化量呈正割函数曲线的变化趋势；同一磁通回路下位置不同的两个定子齿极靴内表面与转子间的两段气隙长度之和的变化量也呈正割函数曲线的变化趋势。
12.进一步的，所述定子由硅钢片叠制而成。
13.进一步的，所述定子齿绕组为等匝式绕组，所述定子齿绕组包括励磁绕组和信号输出绕组，所述励磁绕组绕制在定子齿里层，所述信号输出绕组绕制在定子齿外层，所述信号输出绕组包括正弦信号输出绕组和余弦信号输出绕组。
14.进一步的，所述励磁绕组在齿一、齿二、齿五和齿六上正向绕制，所述励磁绕组在齿三、齿四、齿七和齿八上反向绕制；所述正弦信号输出绕组在齿一、齿二和齿六上正向绕制，在齿五上反向绕制；所述余弦信号输出绕组在齿三、齿七和齿八上反向绕制，在齿四上正向绕制。
15.进一步的，所述转子极对数p＝9。
16.进一步的，所述正弦信号输出绕组与余弦信号输出绕组的输出波形始终保持90
°
电角度的相位差。
17.一种磁阻式旋转变压器的转子轮廓设计方法，转子的轮廓矢径为r(pθ)，使用公式r(pθ)＝r1+λ-l(pθ)设计转子的轮廓，其中，r1为凸极转子的基圆半径，λ为定子极靴内表面到转子基圆的距离，l(pθ)为定子齿极靴内表面与转子间气隙长度；其中，p为转子极对数，θ为转子机械转角，a为定子齿极靴内表面面积，μ0为空气磁导率，im为线圈励磁电流，n为励磁绕组匝数，φm为平均磁通量，δ为调幅系数。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.本发明中的转子轮廓与常规的转子轮廓相比，使得磁阻式旋转变压器的输出精度得到了提高，谐波的含量明显降低；同时，无需通过增加齿数的方式来降低谐波的含量，降低了安装工艺的难度。
附图说明
20.图1是本发明的结构视图；
21.图2是本发明实施例二中定子尺寸示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
23.实施例一
24.参见图1所示，一种磁阻式旋转变压器，其特征在于，包括：定子和转子，定子内壁上设有参数相同的八个定子齿：齿一、齿二、齿三、齿四、齿五、齿六、齿七和齿八，其中，齿一中心线与齿二中心线形成的圆心角以及齿三中心线与齿四中心线形成的圆心角均为1.5π/p，齿一与齿五中心线共线，齿二与齿六中心线共线，齿三与齿七中心线共线，齿四与齿八中心线共线；定子上还设有定子齿绕组，转子的轮廓矢径为r(pθ)，r(pθ)＝r1+λ-l(pθ)，其中，r1为凸极转子的基圆半径，λ为定子齿极靴内表面到转子基圆的距离，l(pθ)为定子齿极靴内表面与转子间气隙长度；其中，p为转子极对数，θ为转子机械
转角，a为定子齿极靴内表面面积，μ0为空气磁导率，im为线圈励磁电流，n为励磁绕组匝数，φm为平均磁通量，δ为调幅系数。
25.转子轮廓由转子的轮廓矢径绘制而成；转子轮廓呈凸极状，转子凸极数与转子极对数相同，转子极对数p＝9。
26.定子齿极靴内表面与转子间气隙长度随着转子转角的变化而变化，其变化量呈正割函数曲线的变化趋势；同一磁通回路下位置不同的两个定子齿极靴内表面与转子间的两段气隙长度之和的变化量也呈正割函数曲线的变化趋势；由于气隙呈正割曲线变化，所以磁通呈正弦曲线变化；定子由硅钢片叠制而成。
27.定子齿绕组为等匝式绕组，定子齿绕组包括励磁绕组和信号输出绕组，励磁绕组绕制在定子齿里层，信号输出绕组绕制在定子齿外层，信号输出绕组包括正弦信号输出绕组和余弦信号输出绕组。
28.励磁绕组在齿一、齿二、齿五和齿六上正向绕制，励磁绕组在齿三、齿四、齿七和齿八上反向绕制；正弦信号输出绕组在齿一、齿二和齿六上正向绕制，在齿五上反向绕制；余弦信号输出绕组在齿三、齿七和齿八上反向绕制，在齿四上正向绕制。
29.正弦信号输出绕组与余弦信号输出绕组的输出波形始终保持90
°
电角度的相位差。
30.一种磁阻式旋转变压器的转子轮廓设计方法，转子的轮廓矢径为r(pθ)，使用公式r(pθ)＝r1+λ-l(pθ)设计转子的轮廓，其中，r1为凸极转子的基圆半径，λ为定子极靴内表面到转子基圆的距离，l(pθ)为定子齿极靴内表面与转子间气隙长度；其中，p为转子极对数，θ为转子机械转角，a为定子齿极靴内表面面积，μ0为空气磁导率，im为线圈励磁电流，n为励磁绕组匝数，φm为平均磁通量，δ为调幅系数。
31.实施例二
32.参见图1～2所示，式中δ取0.5，确定转子轮廓，下面是仿真实验与现有技术的谐波占比对比表：
[0033][0034]
通过上述表格可以得出：本发明，在定子形状确定的情况下，通过气隙变化对转子轮廓进行设计，能够很好的降低磁阻式旋转变压器的输出信号的谐波含量，同时，也无需增
加定子齿数，降低了安装工艺的难度。
[0035]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。