CN102395862B - 旋转变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定在两个组件(1；2)之间的相对角位置的旋转变压器。每个组件(1；2)包括一个绕组(1.1；2.1)，其中绕组(1.1；2.1)布置在一个壳体(1.2；2.2)中，壳体包括两个壳体外壳部分(1.21，1.22；2.21，2.22)。壳体外壳部分(1.21，1.22；2.21，2.22)具有连接板(1.211，1.221；2.211，2.221)，这些连接板利用轴向的方向分量取向，并且在圆周方向上彼此偏移地利用轴向的覆盖相互啮入地接合。

Description

旋转变压器
技术领域
本发明涉及一种旋转变压器、特别是无刷旋转变压器。
背景技术
在电子技术中，用于将转子的角位置转换成电参数、或者说电信号的电磁测量变换器被称为旋转变压器。该信号最后用于确定在两个能相对旋转的组件、例如两个能相对旋转的机械部件之间的相对角位置。在本申请中，旋转变压器的概念也包括称为同步机或分解器的测量变换器。
在旋转变压器中，定子绕组经常偏移地布置在壳体中，这些定子绕组包围位于壳体内部的、带有转子绕组的转子。在此情况下，定子绕组和转子绕组布置在各一个用于对磁通进行导向的板叠上。板叠包括多个单独的板，这些板通常由软磁性材料制成，因此使其电磁效果得到提升。
在无刷旋转变压器中，转子电压通过变压器的旋转的绕组无接触地传输到变压器的静止的绕组上。通常定子侧和转子侧的绕组布置在变压器的各一个壳体中。
这样的旋转变压器大多被大规模制造，因此在此需要简单的、尽可能自动化的生产。
对于旋转变压器已知的是，其用于变压器的绕组的壳体借助于旋转过程被制造。这种已知的构造方式的缺点在于，通过变压器的相对较小的效率使旋转变压器的电流消耗相对较大，并且最终限制测量精度。此外，旋转的壳体部件在制造中相对昂贵。
在公开文献EP 1 302 953 A2中公开了一种无刷旋转变压器，其中用于变压器的绕组的壳体由深冲的部件和平坦的部件组成。
这样的结构在测量精度方面具有缺点并且此外仅仅能以相对较大的投入来制造或安装。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种旋转变压器，其具有非常高的测量精度，并且还能利用最小的投入来制造。
该目的根据本发明的旋转变压器来实现。
相应地，根据本发明的旋转变压器包括两个能围绕一条轴线旋转的组件，其中旋转变压器适用于确定在两个组件之间的相对角位置，并且每个组件包括一个布置在一个壳体中的绕组，该壳体具有两个壳体外壳部分壳体外壳部分具有连接板，这些连接板利用轴向的方向分量取向，并且在圆周方向上彼此偏移地利用轴向的覆盖相互啮入地接合。
通过旋转变压器的根据本发明的实施方式能提高其测量精度并且同时减少其制造投入。
有利地，两个壳体外壳部分具有相同的几何形状。
在本发明的另一个实施方式中，旋转变压器设计为无刷旋转变压器，并且绕组配属于变压器。
壳体能有利地由板一体形成。铁-硅合金能用作板的材料。此外能通过冲压过程和弯曲过程制造壳体外壳部分。
本发明特别有利的在于，旋转变压器具有两个在各一个壳体中的绕组，其中每个壳体包括两个壳体外壳部分。换而言之，两个绕组中的每一个位于各一个壳体中。此外在一个壳体中连接板布置在该壳体的外圆周上，而在另一个壳体中连接板布置在该壳体的内圆周上。在一个和/或在另一个壳体中当然也能布置多个绕组。
有利地，旋转变压器具有旋转变压器壳体，并且这样配置这些连接板，即连接板在径向方向上弹性地抵靠在旋转变压器壳体上。可替换地或补充地，旋转变压器能具有轴，并且能这样可替换地或补充地配置这些连接板，即连接板在径向方向上弹性地抵靠在轴上。通过弯曲过程制成壳体外壳部分并且连接板弯曲成一个角度，由此能实现弹性的效果，从而使这些连接板在径向方向上弹性地抵靠在旋转变压器壳体或轴上。特别地，在一个壳体外壳部分的两个相邻的侧壁之间的角度能小于90°。
在能通过旋转变压器获得的测量精度方面并且在经济上的可制造性方面特别有利的是，壳体外壳部分相对于轴线旋转对称地设计。
附图说明
由以下对实施例的根据附图的说明得出根据本发明的旋转变压器的其它细节和优点。
图中示出：
图1是旋转变压器的纵截面视图，
图2a是用于制造壳体外壳部分的板件的透视图，
图2b是壳体外壳部分的透视图，
图2c是壳体的透视图，
图3a是用于制造另一个壳体外壳部分的另一个板件的透视图，
图3b是另一个壳体外壳部分的透视图，
图3c是另一个壳体的透视图。
具体实施方式
根据图1，旋转变压器包括两个能相对围绕轴线A旋转的组件、例如作为第一组件的定子1和作为第二组件的转子2。定子1具有旋转变压器壳体1.3，其具有一个区域，该区域用作为用于板叠1.4的支撑部1.31。在该板叠1.4上布置有接收绕组1.5。在本实施例中设置了两个偏移90°的接收绕组1.5。
此外定子1还具有用于容纳变压器部件的支撑区域1.32，其包括绕组1.1和包围绕组1.1的壳体1.2。壳体1.2包括两个具有连接板1.211，1.221的壳体外壳部分1.21，1.22，这些连接板利用轴向的方向分量取向，并且在圆周方向上彼此偏移地利用轴向的覆盖相互啮入地接合(也参见图3c)。用作绕组1.1或接收绕组1.5的引入-或引出电线的电缆1.11，1.51根据图1穿过孔1.33从旋转变压器壳体1.3的内部向外引出。绕组1.1的电缆1.11穿过在连接板1.221，1.211之间的一个或多个月牙槽1.23(图3c)离开壳体1.2，这些月牙槽通过壳体外壳部分1.21，1.22的特殊几何形状而形成。
转子2根据图1具有轴2.3，在轴上制成有支撑区域2.32，该区域用于容纳转子侧的变压器部件，该变压器部件包括绕组2.1和包围绕组2.1的壳体2.2。转子侧的壳体2.2也包括两个同样具有连接板2.211，2.221的壳体外壳部分2.21，2.22，这些连接板利用轴向的方向分量取向，并且在圆周方向上彼此偏移地利用轴向的覆盖相互啮入地接合(也参见图2c)。
在图2a至2c中示出了转子侧的壳体2.2的结构。首先根据图2a，借助于冲压过程从半成品中分离出带有相应凹进处的、基本是环形的板件。半成品例如能是FeSi(硅化铁)板材。近似设计为半圆形并且布置在板件的外圆周上的凹进处2.222在安装好的旋转变压器中用作为电缆穿通部。
接下来在进一步的制造过程中，通过应用弯曲过程制造连接板2.221。以这种方式，由一体的板件形成根据图2b的壳体外壳部分2.22，其连接板2.211，2.221布置在壳体2.2的内圆周上。转子侧的壳体2.2的另一个壳体外壳部分2.21具有和壳体外壳部分2.22一样的几何形状，并且相应地利用相同的冲压模具和相同的弯曲模具制成。
在图2c中示出了两个壳体外壳部分2.21，2.22用于说明转子侧的壳体2.2的配置，其中利用轴向的方向分量取向的连接板2.211，2.221在圆周方向上彼此偏移地利用轴向的覆盖相互啮入地接合。
在图3a至3c中示出了定子侧的壳体1.2的结构。定子侧的壳体1.2具有比转子侧的壳体2.2大的外直径，并且由根据图3a的带有布置在外圆周上的齿的一体的板件制成。该制造步骤相应于转子侧的壳体2.2的制造步骤，其中在此自然能与转子侧的壳体2.2相比较地使用其他的模具。这样制造的壳体外壳部分1.21，1.22具有连接板1.211，1.221，其布置在壳体1.2的外圆周上(图3b)。此外，两个定子侧的壳体外壳部分1.21，1.22严格地旋转对称地设计，并且特别没有明确的用于以后使电缆1.11穿通的凹进处。如上面已经说明的，通过两个壳体外壳部分1.21，1.22根据图3c的接合而形成的、在壳体外壳部分1.21，1.22之间的或在连接板1.211，1.221之间的月牙槽1.23用作为用于电缆1.1的通道。
在制造两个壳体1.2，2.2时，连接板1.211，1.221，2.211，2.221以这种方式弯曲，即其在径向方向上弹性地抵靠在旋转变压器壳体1.3或轴2.3上。为此，连接板1.211，1.221；2.211，2.221弯曲成一个小于90°的角度α。在图1中示例性地通过虚线对于定子侧的壳体外壳部分1.21示出了角度α。
在安装变压器部件时，因此首先如上述那样制造壳体外壳部分1.21，2.21。各一个壳体外壳部分1.21，2.21然后相应地装配有绕组1.1，2.1。然后通过套插所属的两个相同的壳体外壳部分1.21，2.21来封闭各个壳体1.2，2.2。现在例如能首先在连接板1.211，1.221弹性地径向向内指向变形的情况下将定子侧的壳体1.2插入旋转变压器壳体1.3的支撑区域1.32中。类似于此，转子侧的壳体2.2安装在轴2.3的支撑区域2.32上，其中在此连接板2.211，2.221径向向外地弹性变形。为了安全起见，壳体1.2，2.2仍能固定、例如粘合在旋转变压器壳体1.3或轴2.3上。
在示出的实施例中，轴2.3设计为空心轴，在其中能抗扭地固定其角位置需要确定的电动机轴。在轴2.3的支撑部2.31上布置有带有发射绕组2.5的板叠2.4。通常发射绕组2.5连同板叠2.4在对转子2进行组装之后利用填料来浇注。为了清楚起见，在图1中未示出填料。
此外在本实施例中，不仅变压器的绕组1.1，2.1、而且接收绕组1.5和发射绕组2.5都是由铜线制成。
通过相应的旋转变压器能确定在定子1和转子2之间的相对角位置。为此，定子1的绕组1.1加载有正弦形的交流电流，这引起在转子2的绕组2.1中，交流电压以预定的变压器比例被感应。该交流电压因此也施加在转子2的发射绕组2.5上，从而使在定子1的、包围转子2的发射绕组2.5的接收绕组1.5中，相应的输出电压被感应。在应用定子1的两个偏移90°的接收绕组1.5时，然后能分接两个偏移90°相位的电压信号，其取决于在定子1和转子2之间的相对角位置。该旋转变压器因此设计为无刷或无集电环的旋转变压器。
在此示出的是，具有新型壳体1.2，2.2的旋转变压器实现了相对较高的测量精度。这一方面可能在于，即通过对称设计的、还包括相同的壳体外壳部分1.21，1.22，2.21，2.22的壳体1.2，2.2能产生非常高度均匀的杂散场，这样对测量精度产生了正面的影响。由于在定子侧的壳体1.2等等中通过避免用于电缆1.11的凹进处而应用完全旋转对称的壳体外壳部分1.21，1.22，由此在此获得了非常精确的测量结果。
在此示出的是，代替壳体外壳部分1.21，1.22的槽底的各个圆形的几何结构，槽底的直角形设计在杂散场和电磁协调方面相对于外部的场可以是有利的。因此在壳体外壳部分1.21，1.22的这种设计中，在连接板1.211，1.221之间的凹进处在弯曲过程之前基本是直角形或梯形的，分别具有径向向外开放的侧面。但是在一定条件下，在这种结构方式中为用于使绕组1.1的电缆1.11穿过而预设的那些(少量的)月牙槽1.23总是通过所涉及的槽底的半圆形几何结构来限定。
此外，径向弹性的连接板1.211，1.221，2.211，2.221也具有用于提高旋转变压器的测量精度的集中效果，这是因为和变压器部件的优选位置之间的径向偏差对测量精度有影响。
此外也取决于结构由此提高了新型的旋转变压器的测量精度，即连接板1.211，1.221；2.211，2.221在圆周方向上彼此偏移地利用轴向的覆盖相互啮入地接合。因此在壳体部件1.21，1.22；2.21，2.22之间可以获得相对较大的接触面。这再次使得旋转变压器的测量精度提高，这是因为磁阻现在取决于结构地在各个壳体部件1.21，1.22；2.21，2.22之间相对较小。另一方面，由于将冲压的连接板1.211，1.221；2.211，2.221裸露地接合，而不会在壳体部件1.21，1.22；2.21，2.22之间形成良好的电接触。相应地，接触的连接板1.211，1.221；2.211，2.221在接合线上产生了相对较大的涡流电阻。特别地，在这样考虑时需要注意的是，这样的涡流在切线方向上在壳体部件1.21，1.22；2.21，2.22的板件中走向。新型的结构使得该设计恰好使切线方向上的涡流显著减小并且因此提高了变压器的效率。
通过本发明因此能实现一种旋转变压器，其在测量精度方面符合最高要求并且同时能非常经济地制造。

Claims (18)

1.一种旋转变压器，包括两个能围绕一条轴线(A)旋转的组件(1；2)，其中所述旋转变压器适用于确定在两个所述组件(1；2)之间的相对角位置，并且每个所述组件(1；2)包括一个绕组(1.1；2.1)，其中每个所述绕组(1.1；2.1)分别布置在一个壳体(1.2；2.2)中，所述壳体包括两个壳体外壳部分(1.21，1.22；2.21，2.22)，其特征在于，所述壳体外壳部分(1.21，1.22；2.21，2.22)具有连接板，所述连接板利用轴向的方向分量取向，并且在圆周方向上彼此偏移地利用轴向的覆盖相互啮入地接合。
2.根据权利要求1所述的旋转变压器，其特征在于，两个所述壳体外壳部分(1.21，1.22；2.21，2.22)具有相同的几何形状。
3.根据权利要求1或2所述的旋转变压器，其特征在于，所述旋转变压器设计为无刷旋转变压器，并且所述绕组(1.1；2.1)配属于变压器。
4.根据权利要求1或2所述的旋转变压器，其特征在于，所述壳体外壳部分(1.21，1.22；2.21，2.22)由板件一体形成。
5.根据权利要求3所述的旋转变压器，其特征在于，所述壳体外壳部分(1.21，1.22；2.21，2.22)由板件一体形成。
6.根据权利要求1或2所述的旋转变压器，其特征在于，通过冲压过程和弯曲过程制造所述壳体外壳部分(1.21，1.22；2.21，2.22)。
7.根据权利要求5所述的旋转变压器，其特征在于，通过冲压过程和弯曲过程制造所述壳体外壳部分(1.21，1.22；2.21，2.22)。
8.根据权利要求1或2所述的旋转变压器，其特征在于，所述旋转变压器包括两个在各一个具有各两个所述壳体外壳部分(1.21，1.22；2.21，2.22)的所述壳体(1.2；2.2)中的绕组(1.1；2.1)，其中在一个所述壳体(1.2)中所述连接板布置在该壳体(1.2)的外圆周上，而在另一个所述壳体(2.2)中所述连接板布置在该壳体(2.2)的内圆周上。
9.根据权利要求7所述的旋转变压器，其特征在于，所述旋转变压器包括两个在各一个具有各两个所述壳体外壳部分(1.21，1.22；2.21，2.22)的所述壳体(1.2；2.2)中的绕组(1.1；2.1)，其中在一个所述壳体(1.2)中所述连接板布置在该壳体(1.2)的外圆周上，而在另一个所述壳体(2.2)中所述连接板布置在该壳体(2.2)的内圆周上。
10.根据权利要求8所述的旋转变压器，其特征在于，所述旋转变压器具有旋转变压器壳体(1.3)，并且配置布置在外圆周上的所述连接板，使得该连接板在径向方向上弹性地抵靠在所述旋转变压器壳体(1.3)上。
11.根据权利要求9所述的旋转变压器，其特征在于，所述旋转变压器具有旋转变压器壳体(1.3)，并且配置布置在外圆周上的所述连接板，使得该连接板在径向方向上弹性地抵靠在所述旋转变压器壳体(1.3)上。
12.根据权利要求10所述的旋转变压器，其特征在于，所述旋转变压器具有轴(2.3)，并且配置布置在内圆周上的所述连接板，使得该连接板在径向方向上弹性地抵靠在所述轴(2.3)上。
13.根据权利要求11所述的旋转变压器，其特征在于，所述旋转变压器具有轴(2.3)，并且配置布置在内圆周上的所述连接板，使得该连接板在径向方向上弹性地抵靠在所述轴(2.3)上。
14.根据权利要求9所述的旋转变压器，其特征在于，所述壳体外壳部分(1.21，1.22；2.21，2.22)通过弯曲过程制成，并且所述连接板弯曲成一个角度(α)，从而使所述连接板在径向方向上弹性地抵靠在旋转变压器壳体(1.3)或轴(2.3)上。
15.根据权利要求11所述的旋转变压器，其特征在于，所述壳体外壳部分(1.21，1.22；2.21，2.22)通过弯曲过程制成，并且所述连接板弯曲成一个角度(α)，从而使所述连接板在径向方向上弹性地抵靠在所述旋转变压器壳体(1.3)或轴(2.3)上。
16.根据权利要求1或2所述的旋转变压器，其特征在于，所述壳体外壳部分(1.21，1.22)相对于所述轴线(A)旋转对称地设计。
17.根据权利要求13所述的旋转变压器，其特征在于，所述壳体外壳部分(1.21，1.22)相对于所述轴线(A)旋转对称地设计。
18.根据权利要求15所述的旋转变压器，其特征在于，所述壳体外壳部分(1.21，1.22)相对于所述轴线(A)旋转对称地设计。
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