CN104105948A - 无槽式变压器、用于制造无槽式变压器的方法、以及用于无槽式变压器的绕线工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器，包括用于检测在其内部中心旋转的转子的旋转位置的定子。所述定子包括：定子铁芯，其具有圆柱形形状；多个励磁绕组，其沿圆周方向以预定间距附接至所述定子铁心的内表面，所述多个励磁绕组中的每一个均紧紧缠绕；多个正弦输出绕组，其沿所述圆周方向堆叠并且附接至所述励磁绕组的图案，所述多个正弦输出绕组中的每一个均松散缠绕；多个余弦输出绕组，其沿所述圆周方向堆叠并且附接至所述励磁绕组的图案，所述正弦输出绕组和所述余弦输出绕组交替附接，使得所述正弦输出绕组和所述余弦输出绕组具有相同的绕组分布。因此，可易于制造变压器，不需要设计用于移除所述定子中的齿和槽结构所必需的复杂模具。同样，可以从输出波形中移除高频分量，并且易于应用绝缘树脂使线圈绝缘。此外，可以减少所用绝缘树脂的量，可以进一步实现充分的绝缘特性。

Description

无槽式变压器、用于制造无槽式变压器的方法、以及用于无槽式变压器的绕线工具

技术领域

本发明涉及一种用于检测转子的旋转速度和旋转角度的变压器(resolver)，更具体地，本发明涉及一种不包括定子侧上针对线圈绕组的齿和槽的无槽式变压器、一种制造无槽式变压器的方法、以及用于无槽式变压器的绕线工具。

背景技术

2001年4月20日登记的日本专利号3182493“可变磁阻式角度检测器(Variable Reluctance Type Angle Detector)”中公开了一种传统的变压器。图1图示了具有这种原理的变压器的定子10。

定子铁心11(即，定子10的一个元件)包括多个齿11a，这些齿11a沿定子铁心的圆周方向以特定间隔形成在定子铁心的内表面上。在这些齿11a之间形成有空间，称为槽11b。

根据特定规则，在各自的齿11a上绕制有多个线圈12，从而形成励磁绕组和多个输出绕组。

转子(未图示)(即，具有偏心力的磁性体)设置在定子10内侧的中心。当转子旋转时，通过齿11a上绕制的多个输出绕组输出正弦波电压和余弦波电压。

然而，根据传统的具有该结构的变压器，必须利用齿11a和槽11b来绕制线圈12。为了制作齿11a和槽11b，要求复杂的模具设计，并且齿11a和槽11b的制作比较复杂。

尤其，由于传统的变压器具有集中绕组结构，在该结构中，线圈12仅绕制在齿11a上，所以如图2所图示，在齿11a之间的部分通过集中绕组结构输出的输出电压往往中断。因而存在正弦波输出中产生高频分量(参考图2中的箭头部分)的问题。

此外，大量硅被涂覆以使沿着齿11a的深度绕制在齿11a上的线圈12绝缘，但是硅并非均匀地涂覆在被绕制且位于齿11a和槽11b中的线圈12的每个角落上。因而存在不能保证充分的绝缘性的问题。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种变压器、一种制造所述变压器的方法、以及一种用于所述变压器的绕线工具。所述变压器由于避免了齿和槽的结构所以可易于制作，而不需要为定子中的齿和槽提供复杂的模具设计，可以移除输出波形中的高频分量，使用于线圈绝缘的绝缘树脂(诸如，硅)的涂覆易于进行，具有少量涂层并且可以确保充分的绝缘特性。

技术方案

为了实现上述目的，本发明提供了一种变压器，包括用于检测在内部中心旋转的转子的旋转位置的定子，其中，所述定子包括：定子铁芯，其具有圆柱形形状；多个励磁绕组，其沿圆周方向以特定间隔附接至所述定子铁心的内表面，各个所述励磁绕组均形成集中绕组；多个正弦输出绕组，其沿所述圆周方向以堆叠的形式附接在励磁绕组图案上，各个所述正弦输出绕组均形成分布绕组；多个余弦输出绕组，其沿所述圆周方向以堆叠的形式附接在所述励磁绕组图案上，所述正弦输出绕组和所述余弦输出绕组交替附接，从而使所述正弦输出绕组和所述余弦输出绕组具有相同的分布绕组。

这种情况下，所述多个励磁绕组、所述多个正弦输出绕组和所述多个余弦输出绕组中的每一个均通过绝缘覆盖层的介质附接在所述绝缘覆盖层的表面上。

这种情况下，所述多个励磁绕组和所述多个正弦输出绕组均以堆叠的形式附接在相同绝缘覆盖层的表面上。

而且，所述多个励磁绕组、所述多个正弦输出绕组和所述多个余弦输出绕组中的每一个均通过涂覆绝缘树脂固定在相应绝缘覆盖层上。

作为替代方案，所述多个励磁绕组、所述多个正弦输出绕组和所述多个余弦输出绕组中的每一个均通过涂覆绝缘树脂固定在所述定子铁心的内表面上。

而且，为了实现上述目的，本发明提供了一种制造无槽式变压器的方法中用到的绕线工具，所述绕线工具包括：轴；绕线气缸，使所述轴插入所述绕线气缸中，并且以特定间隔保持在所述轴的外圆周表面上；以及多个第一槽销和多个第二槽销，它们沿着所述绕线气缸的外圆周表面以特定间隔通过所述绕线气缸而与所述轴可拆卸地组合在一起，并且在所述轴的方向上彼此分开。

而且，为了实现上述目的，本发明提供了一种制造无槽式变压器的方法，其包括如下步骤：准备绕线工具，所述绕线工具包括：轴；绕线气缸，其使所述轴插入所述绕线气缸中，并且以特定间隔被保持在所述轴的外周表面上；以及多个第一槽销和多个第二槽销，它们沿着所述绕线气缸的外圆周表面以特定间隔通过所述绕线气缸而与所述轴可拆卸地组合在一起，并且在所述轴的方向上彼此分开；通过将输入绕组、正弦输出绕组和余弦输出绕组绕制在所述绕线气缸的外圆周表面上，来在所述绕线工具的所述第一槽销和所述第二槽销中形成绕组图案；通过将所述第一槽销和所述第二槽销与所述轴和所述绕线气缸分开，来移除所述第一槽销和所述第二槽销；以及通过沿所述轴的方向从所述绕组图案中拉出并移除所述绕线气缸，得到具有圆柱形形状的绕组图案。

这种情况下，所述正弦输出绕组和所述余弦输出绕组可形成分布绕组。

这种情况下，所述励磁绕组可形成集中绕组。

有益效果

依照上述的本发明的变压器，因为移除了齿和槽，所以该变压器可易于制作，而不需要为定子中的齿和槽制作复杂的模具设计。因为正弦和余弦输出绕组都由分布绕组形成，所以与将线圈绕组绕制在传统齿上的集中绕组方法不同，可以消除在正弦波输出上产生的传统高频分量。与绕制在齿上的传统线圈不同，涂覆绝缘树脂(诸如，硅)以便使线圈绝缘，相对于直接附接至定子铁心的分布绕组，较简单。涂覆量少，可以保证充分的绝缘性能。

而且，由于分布绕组堆叠在定子铁心的内圆周表面上，所以相较于齿突出在定子的内圆周表面上的传统结构，可以实现更小的直径，这可有利于产品的紧凑。

附图说明

图1是图示了传统变压器的定子的平面图。

图2是图示了根据图1的定子结构的输出波形的示意图。

图3是图示了根据本发明的实施例的变压器的定子的平面图。

图4和图5是示意性地图示了分布绕组的截面示意图和平面图，所述分布绕组由附接至图3的定子的内圆周表面的励磁绕组、正弦输出绕组和余弦输出绕组形成。

图6是用于形成图5的分布绕组的绕线工具的透视图。

图7是图示了图5的分布绕组绕制在图6的绕线工具上的形状的分解图。

图8是由图6的绕线工具制成的绕组线圈的图片。

图9是图示了输出波形的图，所述输出波形用于验证具有图3的定子的变压器的模型。

图10是图示了根据图3的定子结构的输出波形的示意图。

附图标记的说明

100：定子        110：定子铁心

122：励磁绕组    122-1：分布绕组

122-1a、122-1b：分布绕组的单位线匝

132：正弦输出绕组

142：余弦输出绕组  P：绕组图案

S：硅层    20：绕线工具

21：轴     22：绕线气缸

23：第一槽销  24：第二槽销

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本发明的实施例进行详细描述。

如图3所图示，根据本发明实施例的变压器的定子100包括：定子铁芯110，其具有圆柱形形状；图案层P，其附接至定子铁心110的内圆周表面；以及硅层S，即，涂覆在图案层P上的绝缘树脂。

与现有技术不同，定子铁心110具有简单的圆柱形形状，该形状不具有图1中突出并且形成在定子铁心110的内圆周表面上的齿11a或槽11b。

如下文待述，绕组图案P包括总共三层，这三层具有励磁绕组图案、正弦输出绕组图案和余弦输出绕组图案。这类图案顺序地配有励磁绕组、正弦输出绕组和余弦输出绕组。硅层(指S)可以涂敷在图案层之间，以便形成介质层。

图4是图3的定子100沿A-A'线切开并展开的虚拟示意截面图。属于励磁绕组图案的励磁绕组122、属于正弦输出绕组图案的正弦输出绕组132和属于余弦输出绕组图案的余弦输出绕组142顺序地堆叠在绕组图案P上，所述绕组图案P附接在定子铁心110的内表面(图4中的底面)。

励磁绕组122包括多个分布绕组122-1，各个分布绕组均具有两线匝122-1a、122-1b，这两线匝在圆周方向上分为上层和下层。这种情况下，形成单个分布绕组122-1的每一线匝122-1a、122-1b具有一束多股线圈，例如，17股线圈。

如上所述提供的多个励磁绕组122按360度以特定间隔设置。在本实施例中，如图5所图示，分别具有两线匝的十个分布绕组122-1至122-10在圆周方向上以特定间隔设置。而且，单个分布绕组122-1分布为多达两线匝，这是因为第一线匝122-1a和第二线匝122-1b在相应部分(即，360/10＝36度的部分)内左右部分地重叠。

这种情况下，分布绕组是一个相较于集中连接的集中绕组而言的术语，指的是形成各个分布绕组的线匝以展开的形式均匀分布使得它们相对于设置有分布绕组的部分而部分地重叠的关系，而不是指形成分布绕组的线匝上下堆叠而使得它们彼此匹配的关系。

在图4中，正弦输出绕组132设置在励磁绕组122的内侧(即，下侧)。

正弦输出绕组132还包括多个提供在圆周方向上的分布绕组，各个分布绕组均具有分为上层和下层的多个线匝132-1a、132-1b。这种情况下，形成单个分布绕组132-1的各线匝132-1a、132-1b具有一束多股线圈，例如，9股线圈。

如上所述提供的多个正弦输出绕组132按360度以特定间隔设置。在本实施例中，如图5所图示，分别由九个线匝形成的两个分布绕组132-1至132-2在圆周方向上以特定间隔设置。而且，单个分布绕组132-1分布为多达九线匝，这是因为第一线匝132-1a至第九线匝132-1i在相应部分(即，360/2＝180度的部分)内左右部分地重叠。

换言之，单个分布绕组132-1的线匝132-1a至132-1i配置为进行如下分布：它们以一值部分地重叠，该值是通过将分布绕组132-1占用的180度的分布部分除以线匝数(9)而得到的值，即，20度的偏移间隔。这种情况下，视实施例而定，该间隔可以设计为相等的间隔或不相等的间隔。

最后，在图4中，余弦输出绕组142设置在正弦输出绕组132的内侧(即，下侧)。

余弦输出绕组142具有与正弦输出绕组132相同的分布绕组，不同之处在于余弦输出绕组142设置为与正弦输出绕组132具有90度的相位差，因而省略了对余弦输出绕组142的说明。

同时，励磁绕组122可维持为现有技术中的集中绕组，这是因为励磁绕组122与变压器的有关高频的输出没有直接关系。换言之，可以通过将由集中绕组缠绕的各个励磁线圈设置并且固定在与传统槽相对应的各个区域中来配置励磁绕组122。

而且，上述的励磁绕组122、正弦输出绕组132和余弦输出绕组142可以制作为绕组图案P，在该图案中，利用图6中图示的绕线工具20通过特定绝缘树脂介质将励磁绕组122、正弦输出绕组132和余弦输出绕组142集成为一体。

为此，在绕线工具20的轴21已经插入绕线气缸22的状态下，多个第一槽销23和第二槽销24沿着绕线气缸22的外圆周表面以特定间隔从绕线气缸22通过，并且适配入轴21中并与轴21结合在一起。

这种情况下，沿轴方向在第一槽销23和第二槽销24之间保持特定间隔。

因而，线圈利用第一槽销23和第二槽销24作为支持件进行绕制，因而线圈可以以特定的所需的分布绕组形式布置并且附接至绕线气缸22。

图7是图示了利用绕线工具20绕制励磁绕组122、正弦输出绕组132和余弦输出绕组142而成的形状的分解图。

绕组122、132和142形成各自的绕组图案，这些绕组图案堆叠在一起且完整，绝缘树脂可以附接并且固定在绕组122、132和142的层之间。

作为替代方案，通过对励磁绕组122、正弦输出绕组132和余弦输出绕组142进行绕制而得到的励磁绕组图案、正弦输出绕组图案和余弦输出绕组图案可以附接至绝缘片(未图示)，该绝缘片具有圆柱形形状并且顺序地堆叠，从而可以完成绕组图案。

在这种情况下，可以在励磁绕组图案122、正弦输出绕组图案132和余弦输出绕组图案的绕组142上涂覆硅，从而可以以相应绕组122、132和142埋在硅层S中的方式实现绝缘。在这种情况下，当中埋有绕组122、132和142的硅层S堆叠在励磁绕组图案、正弦输出绕组图案和余弦输出绕组图案之间。

如果励磁绕组图案122为上述的集中绕组，那么可以以上述相同的方式完成绕组图案，不同之处在于绕组集中地绕制在一对导向突起23、24的每一个导向突起中。

如图7所示，当励磁绕组122、正弦输出绕组132和余弦输出绕组142的绕制完成时，从轴21拉出并且移除所有的第一槽销23和第二槽销24(见图6)。只有通过移除置于堆叠形成的绕组122、132和142的内圆周表面上的绕线气缸22，方可分开绕组图案。

分开的绕组图案P具有与图8所示的形状相似的形状。

图9是图示了用于验证变压器模型的电磁场分析输出波形的图表，该变压器模型具有如上面所述那样配置的所谓无槽式定子100。

根据本发明实施例的定子100具有如下结构：定子100中包括的所有正弦输出绕组132和余弦输出绕组142均具有上面提到的分布绕组。因而，通过正弦输出绕组132和余弦输出绕组142输出的输出电压不会生成高频分量，这是因为其具有无中断部分的正弦波输出，如图10所图示(参考图10中的箭头部分)。

同时，包括了上面提到的定子100的无槽式变压器仅仅是一个帮助理解本发明的实施例，本发明的技术范围的保护范围不应局限于本说明书。

本发明的技术范围的保护范围由所附权利要求书及其等同物确定。

Claims (9)

1.一种变压器，包括用于检测在内部中心旋转的转子的旋转位置的定子，

其中，所述定子包括：

定子铁芯，其具有圆柱形形状；

多个励磁绕组，其沿圆周方向以特定间隔附接至所述定子铁心的内表面，各个所述励磁绕组均形成集中绕组；

多个正弦输出绕组，其沿所述圆周方向以堆叠的形式附接在励磁绕组图案上，各个所述正弦输出绕组均形成分布绕组；

多个余弦输出绕组，其沿所述圆周方向以堆叠的形式附接在所述励磁绕组图案上，所述正弦输出绕组和所述余弦输出绕组交替附接，使得所述正弦输出绕组和所述余弦输出绕组具有相同的分布绕组。

2.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述多个励磁绕组、所述多个正弦输出绕组和所述多个余弦输出绕组中的每一个均通过绝缘覆盖层的介质附接在所述绝缘覆盖层的表面上。

3.根据权利要求2所述的变压器，其中，所述多个励磁绕组和所述多个正弦输出绕组以堆叠的形式附接在相同绝缘覆盖层的表面上。

4.根据权利要求2或3所述的变压器，其中，所述多个励磁绕组、所述多个正弦输出绕组和所述多个余弦输出绕组中的每一个均通过涂覆绝缘树脂固定在相应的绝缘覆盖层上。

5.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述多个励磁绕组、所述多个正弦输出绕组和所述多个余弦输出绕组通过涂覆绝缘树脂固定在所述定子铁心的内表面上。

6.一种制造无槽式变压器的方法中用到的绕线工具，所述绕线工具包括：

轴；

绕线气缸，所述轴插入所述绕线气缸中，并且所述绕线气缸以特定间隔被保持在所述轴的外圆周表面上；以及

多个第一槽销和多个第二槽销，它们沿着所述绕线气缸的外圆周表面以特定间隔通过所述绕线气缸而与所述轴可拆卸地组合在一起，并且在所述轴的方向上彼此分开。

7.一种制造无槽式变压器的方法，包括如下步骤：

准备绕线工具，所述绕线工具包括：轴；绕线气缸，所述轴插入所述绕线气缸中，并且所述绕线气缸以特定间隔被保持在所述轴的外圆周表面上；以及多个第一槽销和多个第二槽销，它们沿着所述绕线气缸的外周表面以特定间隔通过所述绕线气缸而与所述轴可拆卸地组合在一起，并且在所述轴的方向上彼此分开；

通过将输入绕组、正弦输出绕组和余弦输出绕组绕制在所述绕线气缸的外圆周表面上，在所述绕线工具的所述第一槽销和所述第二槽销中形成绕组图案；

通过将所述第一槽销和所述第二槽销与所述轴和所述绕线气缸分开，移除所述第一槽销和所述第二槽销；以及

通过沿所述轴的方向从所述绕组图案中拉出并移除所述绕线气缸，得到具有圆柱形形状的绕组图案。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述正弦输出绕组和所述余弦输出绕组形成分布绕组。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述励磁绕组形成集中绕组。