CN102315008B - 可变磁阻型旋转变压器及制造其的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可变磁阻型旋转变压器及制造其的方法。该可变磁阻型旋转变压器包括：转子(1)，所述转子绕旋转轴线(2)旋转；多个检测线圈(20)，所述多个检测线圈检测所述转子(1)的旋转；和磁性部件(10)，所述磁性部件将相邻的所述检测线圈(20)彼此磁性地连接。所述磁性部件(10)包括供所述检测线圈(20)卷绕的一对体部(121)，和将所述一对体部(121)彼此连接的连接部(122)。所述体部(121)和所述连接部(122)两者均具有薄的扁平形状。所述体部(121)是如此扁平的，以使得所述扁平形状的延伸方向沿着旋转轴线方向，并且在从所述旋转轴线方向看去时所述磁性部件(10)呈U形。
Description
技术领域
本发明涉及一种可变磁阻型旋转变压器(分解器，解算器，resolver)，更具体地涉及一种检测马达的旋转的可变磁阻型旋转变压器。
背景技术
根据相关技术的旋转变压器的结构例如在日本实用新型申请No.7-6709公报(JP-U-7-6709)和日本专利申请No.2008-268065公报(JP-A-2008-268065)中公开。
在相关技术中，公开了具有相对于轴向呈U形的铁芯的可变磁阻型旋转变压器。然而，根据相关技术的可变磁阻型旋转变压器具有大的物理尺寸。
发明内容
本发明提供一种能减小尺寸的可变磁阻型旋转变压器和一种制造该可变磁阻型旋转变压器的方法。
本发明的第一方面提供一种可变磁阻型旋转变压器，包括：转子，所述转子绕旋转轴线旋转；多个检测线圈，所述多个检测线圈检测所述转子的旋转；和磁性部件，所述磁性部件将相邻的所述检测线圈彼此磁性地连接，其中，所述磁性部件包括供所述检测线圈卷绕的一对体部，和将所述一对体部彼此连接的连接部，所述体部和所述连接部两者均具有薄的扁平形状，并且所述体部是如此扁平的，以使得所述扁平形状的延伸方向沿着旋转轴线方向，并且在从所述旋转轴线方向看去时所述磁性部件呈U形。
根据上述第一方面的可变磁阻型旋转变压器，磁性部件具有薄的扁平形状，这能减小磁性部件的及由此整个可变磁阻型旋转变压器的尺寸。
在根据上述第一方面的可变磁阻型旋转变压器中，所述一对体部的末端可在周向上朝彼此弯曲。
在根据上述第一方面的可变磁阻型旋转变压器中，所述体部在所述旋转轴线方向上的长度可朝所述一对体部的末端增大。
在根据上述第一方面的可变磁阻型旋转变压器中，所述一对体部的末端可弯曲成彼此靠近并径向向外离开所述转子延伸。
在根据上述第一方面的可变磁阻型旋转变压器中，所述磁性部件可以是通过沿所述旋转轴线方向层叠多个磁性元件而形成的。
在根据上述第一方面的可变磁阻型旋转变压器中，所述磁性部件可以是通过沿与所述旋转轴线方向垂直的方向层叠多个磁性元件而形成的。
根据上述第一方面的可变磁阻型旋转变压器还可包括外磁性元件，所述外磁性元件连接到所述连接部而在所述转子的外周侧延伸，并且所述外磁性元件可设置有用于将所述磁性部件安装到支承部件上的接合部。
在根据上述第一方面的可变磁阻型旋转变压器中，所述接合部可以是用于所述支承部件安装的安装孔。
在根据上述第一方面的可变磁阻型旋转变压器中，多个所述外磁性元件可设置成在所述转子的所述外周侧延伸成使得多个所述磁性部件彼此独立。
本发明的第二方面提供一种制造根据上述方面的可变磁阻型旋转变压器的方法，包括：加工由磁性元件制成的板材以形成外磁性元件和设置在所述外磁性元件的内周侧的多个U形的磁性部件；将所述磁性部件在所述体部和所述连接部之间的分界附近弯曲，以使所述磁性部件变形成使得所述体部具有如此的扁平形状，以便所述扁平形状的延伸方向沿着旋转轴线方向；将线圈卷绕在所述体部上；以及除去所述外磁性元件的一部分以抑制磁通从卷绕有所述线圈的所述磁性部件之间通过。
根据上述第二方面的制造方法，能一次制造多个磁性部件。
本发明的第三方面提供一种可变磁阻型旋转变压器，包括：转子，所述转子绕旋转轴线旋转；多个检测线圈，所述多个检测线圈检测所述转子的旋转；和U形的磁性部件，所述磁性部件将相邻的所述检测线圈彼此磁性地连接，其中，所述磁性部件包括供所述检测线圈卷绕的一对体部，将所述一对体部的第一端彼此连接的连接部，和在所述一对体部的与所述第一端相对的第二端设置成沿旋转轴线方向延伸的末端部，所述末端部、所述体部和所述连接部呈线状，并且在从所述旋转轴线方向看去时所述磁性部件呈U形。
根据上述第三方面的可变磁阻型旋转变压器，磁性部件呈线状，这能减小磁性部件的及由此整个可变磁阻型旋转变压器的尺寸。
根据上述方面，能够提供一种能减小尺寸的可变磁阻型旋转变压器和一种制造该可变磁阻型旋转变压器的方法。
附图说明
将在下面参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述中说明本发明的特征、优点及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：
图1是根据本发明的第一实施例的可变磁阻型旋转变压器的透视图；
图2是在图1中示出且已从其移除了安装板和树脂的可变磁阻型旋转变压器的透视图；
图3是根据第一实施例将相邻的检测线圈磁性地连接的磁性部件的透视图；
图4是示出根据第一实施例的可变磁阻型旋转变压器的各组成部分的透视图；
图5示出根据一比较示例的旋转变压器；
图6是示出根据本发明的第二实施例的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的结构的平面图；
图7是用在图6所示的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的透视图；
图8示出图6和7所示的根据第二实施例的磁性部件中的磁通流；
图9是示出根据本发明的第三实施例的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的结构的平面图；
图10是示出根据本发明的第四实施例的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的结构的平面图；
图11是用在图10所示的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的透视图；
图12示出根据本发明的第四实施例的可变磁阻型旋转变压器的效果；
图13是示出根据本发明的第五实施例的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的结构的平面图；
图14是示出在图13中示出且已从其移除了检测线圈的磁性部件的透视图；
图15是示出根据本发明的第五实施例的、在由磁性元件制成的单个板材上形成的磁性部件在被弯曲之前的透视图；
图16示出根据本发明的第五实施例的外周磁性元件的要被切除以抑制磁通从相邻的磁性部件之间通过的部分；
图17是用在根据本发明的第六实施例的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的透视图；
图18是示出根据本发明的第七实施例的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的结构的平面图；
图19是用在图18所示的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的透视图；
图20示出图18和19所示的根据第七实施例的磁性部件中的磁通流；
图21是根据本发明的第八实施例的可变磁阻型旋转变压器的透视图；
图22是用在图21所示的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的透视图；以及
图23是用在根据本发明的第九实施例的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的透视图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的实施例。下述实施例的相同或相当的部分用相同的附图标记表示，且不再重复说明。各实施例可彼此结合。
(第一实施例)图1是根据本发明的第一实施例的可变磁阻型旋转变压器的透视图。如图1所示，可变磁阻型旋转变压器100包括绕旋转轴线2旋转的转子1。检测转子1的旋转的多个检测线圈20绕转子1的外周配置。磁性部件10将相邻的检测线圈20彼此磁性地连接。检测线圈20和磁性部件10与树脂30模制在一起。模制用树脂30与安装板40装配在一起。这允许树脂30、检测线圈20和磁性部件10被固定在安装板40上。检测线圈20连接到端子50，且由此可经由端子50从外部接收电信号和向外部输出电信号。检测线圈20是通过卷绕导线20a而形成的。
图2是在图1中示出且已从其移除了安装板和树脂的可变磁阻型旋转变压器的透视图。如图2所示，磁性部件10连接配置在圆周上的多个检测线圈20。各个磁性部件10的一部分被插入检测线圈20中，且各个磁性部件10的其它部分将相邻的检测线圈20彼此连接。检测线圈20的数量可大于或小于在该示例中示出的检测线圈20的数量。
图3是根据第一实施例将相邻的检测线圈磁性地连接的磁性部件的透视图。如图3所示，磁性部件10包括供检测线圈卷绕的一对体部121，和将体部121彼此连接的连接部122。磁性部件10是通过使薄板弯曲而形成的，并具有扁平形状。磁性部件10由用磁性材料制成的板形成，例如电磁钢板(硅钢板)。
图4是示出根据第一实施例的可变磁阻型旋转变压器的各组成部分的透视图。如图4所示，检测线圈20和磁性部件10配置在安装板40的内周侧。在该状态下，检测线圈20和磁性部件10用树脂30模制在安装板40上。该旋转变压器能以这种方式制造。
或者，磁性部件10、端子50和安装板40可与树脂30模制在一起以制成模制产品，可用树脂30在体部121周围形成线轴部，并且绕线轴部卷绕检测线圈20以形成旋转变压器100。
图5示出根据一比较示例的旋转变压器。在根据该比较示例的旋转变压器中，定子铁芯200和转子1均具有层叠结构，且在定子铁芯200中形成产品安装孔，这增大了产品尺寸和重量。此外，通常使用电磁钢板(硅钢板)作为具有优良磁特性的材料，这导致产品成本高。相比而言，在根据图1至4所示的第一实施例的旋转变压器中，定子和铁芯均具有单层结构。此外，与图5所示的根据比较示例的旋转变压器相比，该旋转变压器的重量降低了约50％，这减少了电磁钢的用量。因此，可提供不昂贵的旋转变压器。
作为对图5所示的根据比较示例的旋转变压器进行电磁场分析的结果，发现在根据比较示例的结构中，大部分磁通由于表皮效应而集中在表面部上。根据图1至4所示的第一实施例的旋转变压器是通过除去除磁通所集中的部分以外的大部分而获得的。也就是，根据第一实施例的旋转变压器包括绕旋转轴线2旋转的转子1、检测转子1的旋转的多个检测线圈20、和将相邻的检测线圈20彼此磁性地连接的U形磁性部件10。磁性部件10包括供检测线圈20卷绕的一对体部121，和将该对体部121彼此连接的连接部122。体部121和连接部122两者均具有薄的扁平形状。体部121是如此扁平的，以使得扁平形状的延伸方向沿着旋转轴线方向，并且当从旋转轴线方向看去时磁性部件10呈U形。
(第二实施例)图6是示出根据本发明的第二实施例的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的结构的平面图。如图6所示，根据第二实施例的旋转变压器与根据第一实施例的旋转变压器的不同之处在于，磁性部件10的体部121的末端从形成在体部121上的检测线圈20朝转子1径向向内突出，并在转子1的周向上延伸。体部121的末端部11在转子1的周向上延伸成彼此靠近。这增大了末端部11和转子1彼此面对的面积。也就是，末端部11用作延伸部。这可提高变压比。
图7是用在图6所示的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的透视图。图8示出图6和7所示的根据第二实施例的磁性部件中的磁通流。如图7和8所示，体部121的末端部11在转子1的周向上延伸。磁通沿箭头12所示的方向流动，沿箭头13所示的方向从转子1的内部通过，并沿箭头14所示的方向进一步流动。由于末端部11和转子1彼此面对的面积增大，所以可在更宽的范围上接收磁通，这抑制了磁通的泄漏。
也就是，在根据第二实施例的结构中，体部121的末端部11在转子1的周向上延伸成彼此靠近。
(第三实施例)图9是示出根据本发明的第三实施例的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的结构的平面图。如图9所示，在根据本发明的第三实施例的可变磁阻型旋转变压器100中，相邻的磁性部件10之间的距离“d”比第一实施例中的小。这减小了线圈的阻抗并提高了变压比。在线圈的匝数、材料和线形与基准相同的情况下，距离“d”越小，线圈的整体尺寸也越小，由此线圈的阻抗减小。
(第四实施例)图10是示出根据本发明的第四实施例的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的结构的平面图。图11是用在图10所示的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的透视图。如图10和11所示，根据第四实施例的旋转变压器设置有用作从线材成形的铁芯的磁性部件10。该线材的截面形状可为圆形、矩形或任何其它形状。磁性部件10包括一对体部121、与体部121的第一端121a连接的连接部122、和设置在体部121的与第一端121a相对的第二端121b的末端部123。末端部123沿旋转轴线方向延伸，这使得末端部123能与检测线圈20接合。虽然在图11中两个末端部123均向下延伸，但末端部123中的一个可向下延伸而末端部123中的另一个可向上延伸。
图12示出根据本发明的第四实施例的可变磁阻型旋转变压器的效果。如图12所示，根据第四实施例的旋转变压器，磁性部件10呈线状，且因此可抑制在推插方向上的精度误差。也就是，即使检测线圈20在推插方向上移动，磁性部件10也能吸收这种移动。
也就是，根据第四实施例的可变磁阻型旋转变压器100包括绕旋转轴线2旋转的转子1、检测转子1的旋转的多个检测线圈20、和将相邻的检测线圈20彼此磁性地连接的磁性部件10。磁性部件10包括供检测线圈20卷绕的一对体部121，将该对体部121的第一端121a彼此连接的连接部122，和在体部121的与第一端121a相对的第二端121b设置成沿旋转轴线方向延伸的末端部123。末端部123、体部121和连接部122呈线状，并且在从旋转轴线方向看去时磁性部件10呈U形。
(第五实施例)图13是示出根据本发明的第五实施例的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的结构的平面图。如图13所示，在根据第五实施例的可变磁阻型旋转变压器中，为环状部件的外磁性元件110设置有多个磁性部件10。外磁性元件110设置有接合部111，接合部111为用于支承部件的安装孔(产品安装孔)。在图13中，所述多个磁性部件10由外磁性元件110连接。为了使旋转变压器执行其功能，要除去外磁性元件110的一部分以抑制磁通从相邻的磁性部件10之间通过。
检测线圈20卷绕在磁性部件10的体部121上。图14是示出在图13中示出且已从其移除了检测线圈的磁性部件的透视图。如图14所示，磁性部件10包括沿旋转轴线2的径向延伸的一对体部121，和将该对体部121彼此连接的连接部122。连接部122连接到外磁性元件110。外磁性元件110可以设置有或不设置有具有孔形状的接合部111。
外磁性元件110和磁性部件10可例如通过对薄板进行压力加工而形成。
图15是示出在由磁性元件制成的单个板材上形成的磁性部件在被弯曲之前的透视图。通过对板材进行冲压而形成的磁性部件10和外磁性元件110由薄的磁性板形成。体部121和连接部122由厚度相同的板件形成。如图14所示地成形的磁性部件10可通过使板材的一部分弯曲而形成。
图16示出外周磁性元件的要被切除以抑制磁通从相邻的磁性部件之间通过的部分。如图16所示，如果外磁性元件110是环状的，则外磁性元件110将相邻的磁性部件10彼此磁性地连接。这产生了与本来在经由转子的磁回路上产生的磁通环不同的磁通环。为了避免这种情况，由阴影区域表示的部分115被除去，以使得磁性部件10彼此独立。
也就是，根据第五实施例的制造可变磁阻型旋转变压器的方法包括：加工由磁性元件制成的板材以形成环状的外磁性元件110和设置在外磁性元件110的内周侧的多个U形的磁性部件10；将磁性部件10在体部121和连接部122之间的分界附近弯曲，以使磁性部件10变形成使得体部121具有如此的扁平形状，以便该扁平形状的延伸方向沿着旋转轴线方向；将检测线圈20卷绕在体部121上；以及除去外磁性元件110的一部分以可靠地阻断卷绕有检测线圈20的相邻的磁性部件10之间的磁路。
根据第五实施例的制造方法，用作定子铁芯的磁性部件10是一体地构成的，这提高了铁芯位置精度和作业性(在将磁性部件10设定在树脂模具中时)。此外，设置用作产品安装孔的接合部111免除了提供专用的产品安装部件的必要。
(第六实施例)图17是用在根据本发明的第六实施例的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的透视图。如图17所示，在用于根据本发明的第六实施例的旋转变压器中的磁性部件10中，体部121的高度“h”在末端部较大，而在根部较小。减小高度“h”减小了线圈的阻抗并提高了变压比。在线圈的匝数、材料和线形与基准相同的情况下，高度“h”越小，线圈的整体尺寸也越小，由此线圈的阻抗减小。
也就是，根据第六实施例，体部121在旋转轴线方向上的长度朝体部121的末端增大。
(第七实施例)图18是示出根据本发明的第七实施例的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的结构的平面图。图19是用在图18所示的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的透视图。如图18和19所示，在根据本发明的第七实施例的可变磁阻型旋转变压器100中，末端部11呈弯曲形状。通过采用与破断面或剪断面相比加工应力小的弯曲形状，这提高了防止经破断面和剪断面成环的磁通的角度精度。已知磁特性由于外部应力而劣化。通过将末端部11形成为弯曲形状，能防止面向转子的部分的磁特性劣化。
图20示出图18和19所示的根据第七实施例的磁性部件中的磁通流。
流过末端部11的磁通的特性被示出。也就是，磁通如箭头12所示地流动，如箭头13所示地从转子1内部通过，然后如箭头14所示地朝相对的末端部11流动。
在如此构造的根据第七实施例的可变磁阻型旋转变压器100中，一对体部121的末端部11弯曲成彼此靠近并径向向外离开转子1延伸。
(第八实施例)图21是根据本发明的第八实施例的可变磁阻型旋转变压器的透视图。图22是用在图21所示的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的透视图。如图21和22所示，在根据本发明的第八实施例的可变磁阻型旋转变压器100中，磁性部件10是通过层叠线材10a而形成的。线材10可为矩形线材、圆形线材或任何其它形状的线材。这抑制了涡电流的产生并提高了变压比。涡电流Pe由下式(1)表示：
Pe＝Ke(tfBm)2/ρ (1)
其中，Bm表示最大磁通密度，ke表示比例常数，t表示板厚度，f表示频率，ρ表示电阻率。
(第九实施例)图23是用在根据本发明的第九实施例的可变磁阻型旋转变压器中的磁性部件的透视图。如图23所示，根据本发明的第九实施例的磁性部件10是通过沿厚度方向层叠多个薄的磁性板10b而形成的。
如此构造的磁性部件10也能抑制涡电流损失。应当考虑到，本文中公开的实施例在所有方面都是例述性的而并非限制。本发明的范围不应由上述对实施例的说明而应由权利要求来限定，且应包括处在权利要求的范围内的所有等同物和变型。
本发明可用于测量旋转电机的旋转的旋转变压器的领域。
已仅为了说明的目的而参照示例性实施例描述了本发明。应当理解的是，这种描述并非旨在穷举性的或限制本发明的形式，本发明可适于用在其它系统和应用中。本发明的范围涵盖了本领域技术人员可想到的各种变型和等同布置。
Claims (11)
1.一种可变磁阻型旋转变压器，其特征在于包括：
转子（1），所述转子绕旋转轴线（2）旋转；
多个检测线圈（20），所述多个检测线圈检测所述转子（1）的旋转；和
磁性部件（10），所述磁性部件将相邻的所述检测线圈（20）彼此磁性地连接，
其中，所述磁性部件（10）包括供所述检测线圈（20）卷绕的一对体部（121），和将所述一对体部（121）彼此连接的连接部（122），
所述体部（121）和所述连接部（122）两者均具有薄的扁平形状，并且
所述体部（121）是如此扁平的，以使得所述扁平形状的延伸方向沿着旋转轴线方向，并且在从所述旋转轴线方向看去时所述磁性部件（10）呈U形。
2.根据权利要求1所述的可变磁阻型旋转变压器，其中，所述一对体部（121）的末端（11）在周向上朝彼此弯曲。
3.根据权利要求1所述的可变磁阻型旋转变压器，其中，所述体部（121）在所述旋转轴线方向上的长度朝所述一对体部（121）的末端（11）增大。
4.根据权利要求1所述的可变磁阻型旋转变压器，其中，所述一对体部（121）的末端（11）弯曲成彼此靠近并径向向外离开所述转子（1）延伸。
5.根据权利要求1所述的可变磁阻型旋转变压器，其中，所述磁性部件（10）是通过沿所述旋转轴线方向层叠多个磁性元件而形成的。
6.根据权利要求1所述的可变磁阻型旋转变压器，其中，所述磁性部件（10）是通过沿与所述旋转轴线方向垂直的方向层叠多个磁性元件而形成的。
7.根据权利要求1所述的可变磁阻型旋转变压器，还包括：
外磁性元件（110），所述外磁性元件连接到所述连接部（122）而在所述转子（1）的外周侧延伸，
其中，所述外磁性元件（110）设置有用于将所述磁性部件（10）安装到支承部件上的接合部（111）。
8.根据权利要求7所述的可变磁阻型旋转变压器，其中，所述接合部（111）是用于所述支承部件安装的安装孔。
9.根据权利要求7或8所述的可变磁阻型旋转变压器，其中，多个所述外磁性元件（110）设置成在所述转子（1）的所述外周侧延伸成使得多个所述磁性部件（10）彼此独立。
10.一种制造根据权利要求7至9中任一项所述的可变磁阻型旋转变压器的方法，其特征在于包括：
加工由磁性元件制成的板材以形成环状的外磁性元件（110）和设置在所述外磁性元件（110）的内周侧的多个U形的磁性部件（10）；
将所述磁性部件（10）在所述体部（121）和所述连接部（122）之间的分界附近弯曲，以使所述磁性部件（10）变形成使得所述体部（121）具有如此的扁平形状，以便所述扁平形状的延伸方向沿着旋转轴线方向；
将线圈（20）卷绕在所述体部（121）上；以及
除去所述外磁性元件（110）的一部分以抑制磁通从卷绕有所述线圈（20）的所述磁性部件（10）之间通过。
11.一种可变磁阻型旋转变压器，其特征在于包括：
转子（1），所述转子绕旋转轴线（2）旋转；
多个检测线圈（20），所述多个检测线圈检测所述转子（1）的旋转；和
U形的磁性部件（10），所述磁性部件将相邻的所述检测线圈（20）彼此磁性地连接，
其中，所述磁性部件（10）包括供所述检测线圈（20）卷绕的一对体部（121），将所述一对体部（121）的各第一端（121a）彼此连接的连接部（122），和在所述一对体部（121）的与所述第一端相对的第二端（121b）设置成沿旋转轴线方向延伸的末端部（123），
所述末端部（123）、所述体部（121）和所述连接部（122）呈线状，并且
在从所述旋转轴线方向看去时所述磁性部件（10）呈U形。
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