CN102592812B - 一种无转子绕组高精度旋转变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无转子绕组高精度旋转变压器，其结构中共包括齿槽式旋变铁芯及其正余弦输出绕组、凸极式铁芯及其激励绕组、以及凸极式转子铁芯、定转子轭部铁芯、环形铁芯等，所述齿槽式旋变铁芯为旋转变压器的正余弦输出绕组的安装铁芯，且为其提供耦合磁路，所述凸极式铁芯为激励绕组的安装铁芯，所述凸极式转子铁芯为通过磁场仿真后而进行特殊设计，具有使气隙磁场具有正线分布特性的凸式轮廓线结构。本发明解决了如高速主轴、电动汽车等一些具有超高速、强振动的特殊行业的旋转伺服系统使用的编码器难题，为上述的系统提供高可靠性、高精度的速度及位置信号反馈元件。

Description

一种无转子绕组高精度旋转变压器

技术领域：

本发明涉及一种传感器，特别是涉及一种无转子绕组高精度旋转变压器。

背景技术：

当前，高速电主轴及混合动力等新能源汽车正在被广泛研究及推广引用，在当前的技术中，主要使用磁阻式旋转变压器或绕线式旋转变压器，在前者磁阻式旋转变压器中，激励绕组和正余弦输出绕组共用定子铁芯，其相互间产生磁场耦合干扰，限制了其测量精度的提高，故应用磁阻式旋转变压器的速度闭环控制系统的速度控制精度不高。另一方面，因为其自身工作原理的原因，磁阻式旋转变压器不能够提供绝对位置信号，因此其不能够应用于具有位置伺服控制要求的场合；而绕线式旋转变压器虽然能够提供绝对位置信号而又具有很高的检测精度，但因为其转子上采用环形绕组感应激励电势，采用正弦分布绕组产生旋变部分的主磁通，这样就造成了在旋转运动部件上具有电磁绕组，故其可靠性不高，特别在超高速如旋转速度20000转/分以上的环境的应用受到了极大的限制，另外这种绕线式旋转变压器制造工艺复杂、生产成本高，因为其成本过高的原因也限制了其在一般工业伺服中的应用。

发明内容：

针对现有技术上的不足，本发明的目的是提供一种无转子绕组高精度旋转变压器，使得其能够满足一些特殊应用场合的伺服系统对于其反馈元件的高可靠性、高测量进度的要求，同时又是一种具有较低成本优势的、能够应用于一般工业伺服电机系统的中的速度及位置传感器。

本发明的技术方案如下：

一种无转子绕组高精度旋转变压器，包括齿槽式旋变定子铁芯及其正余弦输出绕组、凸极式定子铁芯及其激励绕组、以及凸极式转子铁芯、定转子轭部铁芯、环形铁芯等，其特征在于，所述激磁绕组中通正弦激励信号产生主磁通，旋变转子铁芯及定转子轭部铁芯仅作为主磁通的磁场通道，所述凸极式转子铁芯为通过磁场仿真计算而得到的具有特殊轮廓线形状，目的是为了使齿槽式旋变定子铁芯内孔气隙中磁感应强度近似于正弦式分布，尽可能使正余弦绕组中感应的电压信号幅值分别随转子位置的变化成正余弦函数分布，因此其正弦输出信号形式和余弦输出信号形式便成为标准旋转变压器输出信号形式，以便于其后采用RDC芯片对其进行数据处理，形成绝对位置信号和增量式AB信号。

进一步地，所述无转子绕组高精度旋转变压器是一种利用特殊磁场分布的和特殊的磁路走向的模拟常规旋转变压器信号结构的新型旋转变压器，其发明的重点是此种结构的磁路结构和磁场分布形式。

使用本发明方法可以提供一种无转子绕组高精度旋转变压器，解决了现有旋变产品中一些精度或可靠性等方面的不足之处，其能够应用于超高速、强振动的环境中，因具有低成本的价格优势也可以使用于一般工业伺服系统中。是一种基于新原理、新结构的编码器，具有广阔的市场应用前景。

附图说明：

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式的详细描述，将使本发明的技术要点及实施方案更加清晰明了，同时能够更好的展现其比传统的各种类型的旋转变压器更具其独特的优越性的一面。

图1为本发明一种无转子绕组高精度旋转变压器实施方式结构示意图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

为了更进一步了解本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

参见图1，图1是本发明的无转子绕组高精度旋转变压器的结构示意图，其为由设于一外壳4内的转轴1、凸极式转子铁芯2、齿槽式旋变定子铁芯3、轭部铁芯5、绕组引线6、转子轭部铁芯7、凸极式定子铁芯8、环形铁芯9组成；环形铁芯9与凸极式定子铁芯8为同一径向平面设置，环形铁芯9通过转子轭部铁芯5与所述凸极式转子铁芯2连接，凸极式定子铁芯3通过定子轭部铁芯7与齿槽式旋变定子铁芯3连接。

凸极式定子铁芯上8的激励绕组10在通入正弦激励电压信号后产生主磁通，通过环形铁芯9进入转子轭部铁芯5，而后进入凸极式转子铁芯2，形成有效的成正弦函数状态分布的气隙磁密。凸极式转子铁芯2与齿槽式旋变铁芯3为同一径向平面设置，凸极式转子铁芯2的外部轮廓线形状为通过磁场仿真计算而得到的具有特殊凸起式轮廓线形状，目的是为了使齿槽式旋变定子铁芯内孔气隙中磁感应强度近似于正弦式分布，尽可能使正余弦绕组中感应的电压信号幅值分别随转子位置的变化成正余弦函数分布，因此其正弦输出信号形式和余弦输出信号形式便成为标准旋转变压器输出信号形式，正余弦输出绕组在凸极式转子铁芯在外侧气隙空间内交变的主磁通作用下感应出成正余弦函数规律变化的电压信号。

转子轭部铁芯5和定子轭部铁芯7都是由含硅量高的铁基材料构成，其仅仅作为本旋转变压器中有效主磁通磁路走势的通道，引导主磁通按预先设计的路线通过，其目的是最大限度的利用主磁通，因其含硅量高的的特点，故能够降低轭部铁芯的导电性能，增加其电阻率，因此具有降低轭部铁芯的涡流，减少损耗的作用。凸极式定子铁芯8与齿槽式旋变定子铁芯3沿轴向并列放置，激励绕组和输出绕组分开绕制，能够有效减少激励绕组和正余弦输出绕组相互间的电磁耦合干扰问题，提高旋转变压器的测量精度，以期满足各种旋转伺服系统的高精度要求。

    从图1中可以看出本实施案例的结构层次，上述各部件通过转轴1和机壳4分别组装成分体的旋转变压器转子和定子，各绕组引线6---包括两组SIN、COS输出信号绕组和输入激磁绕组都从旋转变压器定子中机壳上引出。

由上述对本发明实施案例的说明可以看到，使用本发明方法可以对研发出一系列无转子绕组高精度旋转变压器，以解决现有旋变产品中一些精度或可靠性等方面的不足之处，使其能够应用于超高速、强振动的环境中，又因其具有结构简单、低成本的价格优势而广泛应用于一般工业伺服系统中。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施案例的限制，上述实施案例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种无转子绕组高精度旋转变压器，其特征在于，其由设于外壳内的转轴、凸极式转子铁芯、齿槽式旋变定子铁芯、定子轭部铁芯、绕组引线、转子轭部铁芯、凸极式定子铁芯、环形铁芯组成；环形铁芯通过转子轭部铁芯与所述凸极式转子铁芯连接，凸极式定子铁芯通过定子轭部铁芯与齿槽式旋变定子铁芯连接；所述环形铁芯与所述凸极式定子铁芯为同一径向平面设置，所述凸极式转子铁芯与所述齿槽式旋变定子铁芯为同一径向平面设置，且所述凸极式定子铁芯与所述齿槽式旋变定子铁芯沿轴向并列设置。 

2.根据权利要求1所述的一种无转子绕组高精度旋转变压器，其特征在于，所述转子轭部铁芯和定子轭部铁芯由含硅铁材构成。