CN102664097B - 双通道轴向磁路外转子磁阻式旋转变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双通道轴向磁路外转子磁阻式旋转变压器，属于旋转变压器技术领域。本发明的转子上具有两层导磁材料，这两层导磁材料都按正弦规律分布，但所形成的正弦波浪线的周期不同。与转子对应的定子也被分为两层，分别为粗机定子与精机定子。励磁绕组与两相信号绕组以正交的方式设置在定子上，转子上不设置绕组。当励磁绕组通以恒压频率的交流电时，两相信号绕组分别输出电动势幅值随转子转角作正弦和余弦变化的电压。外转子轴向磁路双通道磁阻式旋转变压器的结构简单、紧凑，不仅使得电势恒定分量减小，还可以最大限度地消除由安装偏心等带来的误差，从而提高了测量精度。本发明特别适用于伺服系统的速度以及位置传感器。

Description

双通道轴向磁路外转子磁阻式旋转变压器
技术领域
本发明涉及一种双通道轴向磁路外转子磁阻式旋转变压器，属于旋转变压器技术领域。
背景技术
磁阻式多极旋转变压器以其位置测试精度高、抗振动性能好以及抗电磁干扰能力强等特点适用于高精度位置闭环系统中，作为闭环用位置、速度传感器，应用于多种领域。磁阻式旋转变压器是从传统的旋转变压器发展而来，不仅实现了无刷化，而且进一步对结构进行了简化，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：即通过改变气隙长度大小进行变磁阻设计，进而改变输出信号的电势幅值。然而，由于气隙较大，会使输出、输入阻抗较小，引起负载性能的下降。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直径，导致旋变直径增加。
发明内容
本发明采用外转子结构，用于电动汽车等需要外部旋转的机械结构中，可以解决现有的磁阻式旋转变压器气隙较大，输出、输入阻抗较小，引起负载性能下降。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直径，导致旋变直径增加的问题，进而提供一种双通道轴向磁路外转子磁阻式旋转变压器。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种双通道轴向磁路外转子磁阻式旋转变压器，包括：转子和定子，还包括第一相信号绕组、第二相信号绕组、励磁绕组和正余弦信号绕组，所述转子和定子之间具有气隙； 所述转子呈圆筒形，转子由多极精机波纹导磁带、单极粗机波纹导磁带和非导磁转子支架组成，多极精机波纹导磁带和单极粗机波纹导磁带按波浪形沿转子圆周方向分布，非导磁转子支架分为三段，分别位于多极精机波纹导磁带的外侧、多极精机波纹导磁带和单极粗机波纹导磁带之间以及单极粗机波纹导磁带的外侧；所述定子由机壳、粗机定子和精机定子组成，粗机定子和精机定子两者平行放置于机壳内，粗机定子外表面包含齿槽、上齿、下齿和通槽，所述齿槽、上齿与下齿均为4NP个且沿粗机定子的外表面分布，通槽设置于粗机定子上每对上齿与下齿之间，沿粗机定子圆周方向分布；按次序将粗机定子上每相邻的N个上齿与所对应的N个下齿作为一组绕组齿，共有4P组绕组齿；第一相信号绕组和第二相信号绕组分别间隔地缠绕在4P组绕组齿上，其中，P为极对数，N为自然数，每组绕组齿上的信号绕组同极同相缠绕，且同相同极的信号绕组正向串联，励磁绕组设置于粗机定子外表面的通槽中，正余弦信号绕组设置于粗机定子外表面上，所述转子导磁部分的铁心为采用磁场优化函数设计的多极带状波纹型导磁铁心，按正弦规律周期性分布于转子中部；所述粗机定子上的励磁绕组为集中式绕组或双层短距绕组，励磁绕组的安放位置平面与粗机定子上的正余弦信号绕组平面相互垂直。
本发明具有以下优点：本发明励磁绕组和正余弦信号绕组的正交设置可以尽量减少剩余电势的恒定分量；转子采用优化函数后的多峰波纹导磁带可以保证气隙磁通的正弦变化，进而保证两相正交信号绕组的感应电势幅值随位置变化的正、余弦函数要求；轴向磁路结构的设计提高了旋转变压器负载性能。本发明外转子轴向磁路双通道磁阻式旋转变压器的结构简单、紧凑，不仅使得电势恒定分量减小，还可以最大限度地消除由安装偏心等带来的误差，从而提高了测量精度。本发明适用于伺服系统的速度以及位置传感器。
附图说明
图1为本发明实施例提供的双通道轴向磁路外转子磁阻式旋转变压器的结构示意图；
图2为转子的结构示意图；
图3为转子的平面展开示意图；
图4为双通道轴向磁路外转子磁阻式旋转变压器的结构示意图；
图5为励磁绕组的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。 
如图1~图5所示，本实施例所涉及的一种双通道轴向磁路外转子磁阻式旋转变压器，包括：转子1和定子2，还包括第一相信号绕组4、第二相信号绕组5、励磁绕组6和正余弦信号绕组7；所述转子1和定子2之间具有气隙3； 所述转子1呈圆筒形，转子1由多极精机波纹导磁带1-1、单极粗机波纹导磁带1-2和非导磁转子支架1-3组成，多极精机波纹导磁带1-1和单极粗机波纹导磁带1-2按波浪形沿转子1圆周方向分布，非导磁转子支架1-3分为三段，分别位于多极精机波纹导磁带1-1的外侧、多极精机波纹导磁带1-1和单极粗机波纹导磁带1-2之间以及单极粗机波纹导磁带1-2的外侧；所述定子2由机壳2-1、粗机定子2-2和精机定子2-3组成，粗机定子2-2和精机定子2-3两者平行放置于机壳2-1内，粗机定子2-2外表面包含齿槽2-7、上齿2-4、下齿2-6和通槽2-5，所述齿槽2-7、上齿2-4与下齿2-6均为4NP个，其中，P为极对数，N为自然数，且沿粗机定子2-2的外表面分布，通槽2-5设置于粗机定子2-2上每对上齿2-4与下齿2-6之间，沿粗机定子2-2圆周方向分布；按次序将粗机定子2-2上每相邻的N个上齿2-4与所对应的N个下齿2-6作为一组绕组齿，共有4P组绕组齿；第一相信号绕组4和第二相信号绕组5分别间隔地缠绕在4P组绕组齿上，每组绕组齿上的信号绕组同极同相缠绕，且同相同极的信号绕组正向串联，励磁绕组6设置于粗机定子2-2外表面的通槽2-5中，正余弦信号绕组7设置于粗机定子2-2外表面上。
所述转子1中间的多极精机波纹导磁带1-1和单极粗机波纹导磁带1-2的厚度与所对应的粗机定子2-2或精机定子2-3中的齿槽2-7、上齿2-4和下齿2-6的长度相等。
所述转子1与定子2之间的气隙3分布均匀或呈阶梯状分布。
所述气隙3的长度在0.3~0.7mm之间。
所述缠绕于每对上齿2-4与下齿2-6上的第一相信号绕组4和第二相信号绕组5的匝数相等。
所述粗机定子2-2上的励磁绕组6为集中式绕组F1F2，励磁绕组6的安放位置平面与粗机定子2-2上的正余弦信号绕组7平面相互垂直。
所述转子1导磁部分的铁心为采用磁场优化函数设计的多极带状波纹型导磁铁心，按正弦规律周期性分布于转子1中部。
所述定子2为环形硅钢片叠压成的铁心。
所述精机定子2-3的结构与粗机定子2-2的结构相同，且精机定子2-3上绕组的安放方式与粗机定子2-2上绕组的安放方式相同。
所述转子1的内表面为粗糙结构，转子1的中央部分设有凹槽。
本发明的气隙磁导的变化主要依赖于转子1与定子2之间的耦合面积随机械角度的变化，具体体现为转子1的导磁材料同定子2的上齿2-4与下齿2-6之间相对位置的变化。转子1与定子2的耦合面积是转子1同时与所有上齿2-4与下齿2-6的耦合面积之和。当转子1转过一个机械周期时，转子1与定子2之间的耦合面积会周期性变化P次。因此，转子1与定子2之间的耦合面积可以表示为：
Figure 2012101839274100002DEST_PATH_IMAGE001
于是可得到每一对定子2的上齿2-4与下齿2-6的气隙3磁导
Figure 2012101839274100002DEST_PATH_IMAGE002
为：
由上式可得，每一对定子2的上齿2-4与下齿2-6的激磁磁通量为：
Figure 2012101839274100002DEST_PATH_IMAGE004
由于励磁绕组6与正余弦信号绕组7均采用等匝集中的连接方式，且相互垂直设置，因此正余弦绕组各自的磁链可以表示为：
Figure 2012101839274100002DEST_PATH_IMAGE005
并将上式得出的每一对定子2的上齿2-4与下齿2-6的激磁磁通量代入其中，化简后可得：
因此，第一相信号绕组4和第二相信号绕组5的输出电势可以表示为：
Figure 2012101839274100002DEST_PATH_IMAGE007
式中，为感应电势幅值。
励磁绕组6和正余弦信号绕组7的正交设置可以尽量减少剩余电势的恒定分量；转子采用优化函数后的多峰波纹导磁带可以保证气隙磁通的正弦变化，进而保证两相正交信号绕组的感应电势幅值随位置变化的正、余弦函数要求；轴向磁路结构的设计提高了旋转变压器负载性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双通道轴向磁路外转子磁阻式旋转变压器，其特征在于，包括：转子和定子，还包括第一相信号绕组、第二相信号绕组、励磁绕组和正余弦信号绕组，所述转子和定子之间具有气隙； 所述转子呈圆筒形，转子由多极精机波纹导磁带、单极粗机波纹导磁带和非导磁转子支架组成，多极精机波纹导磁带和单极粗机波纹导磁带按波浪形沿转子圆周方向分布，非导磁转子支架分为三段，分别位于多极精机波纹导磁带的外侧、多极精机波纹导磁带和单极粗机波纹导磁带之间以及单极粗机波纹导磁带的外侧；所述定子由机壳、粗机定子和精机定子组成，粗机定子和精机定子两者平行放置于机壳内，粗机定子外表面包含齿槽、上齿、下齿和通槽，所述齿槽、上齿与下齿均为4NP个且沿粗机定子的外表面分布，通槽设置于粗机定子上每对上齿与下齿之间，沿粗机定子圆周方向分布；按次序将粗机定子上每相邻的N个上齿与所对应的N个下齿作为一组绕组齿，共有4P组绕组齿；第一相信号绕组和第二相信号绕组分别间隔地缠绕在4P组绕组齿上，其中，P为极对数，N为自然数，每组绕组齿上的信号绕组同极同相缠绕，且同相同极的信号绕组正向串联，励磁绕组设置于粗机定子外表面的通槽中，正余弦信号绕组设置于粗机定子外表面上，所述转子导磁部分的铁心为采用磁场优化函数设计的多极带状波纹型导磁铁心，按正弦规律周期性分布于转子中部；所述粗机定子上的励磁绕组为集中式绕组或双层短距绕组，励磁绕组的安放位置平面与粗机定子上的正余弦信号绕组平面相互垂直。
2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述转子中间的多极精机波纹导磁带和单极粗机波纹导磁带的厚度与所对应的粗机定子或精机定子中的齿槽、上齿和下齿的长度相等。
3.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述转子与定子之间的气隙分布均匀或呈阶梯状分布。
4.根据权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述气隙的长度在0.3~0.7mm之间。
5.根据权利要求4所述的变压器，其特征在于，所述缠绕于每对上齿与下齿上的第一相信号绕组和第二相信号绕组的匝数相等。
6.根据权利要求5所述的变压器，其特征在于，所述定子为环形硅钢片叠压成的铁心。
7.根据权利要求6所述的变压器，其特征在于，所述转子的内表面为粗糙结构，转子的中央部分设有凹槽。
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