CN104200975A - 单层信号绕组径向磁路旋转变压器及信号绕组绕线方法 - Google Patents

Abstract

单层信号绕组径向磁路旋转变压器及信号绕组绕线方法，属于变压器技术领域，以解决径向磁阻式旋转变压器精度低，体积随极对数的增加而增大问题。定子与转子之间具有不相等的气隙，定子的内表面沿轴向分别加工有4NP个定子槽和4NP个定子齿，励磁绕组安放在4NP个定子槽中，4NP个定子齿的相间隔的定子齿上缠绕正、余弦信号绕组。方法是：任选过定子的轴线且不与定子齿相交的平面，沿顺时针方向将4NP个定子齿按照正、余弦相交替地分成两套2NP个定子齿，将每相信号绕组的2NP个定子齿均分为P部分；将第一部分的2N个定子齿分为两组；第一组沿逆时针方向绕线，第二组沿顺时针方向绕线。本发明用于电动汽车、航空及航天等领域。

Description

单层信号绕组径向磁路旋转变压器及信号绕组绕线方法

技术领域

本发明涉及一种单层信号绕组旋转变压器及信号绕组绕线方法，属于变压器技术领域。

背景技术

传统的旋转变压器有接触式旋转变压器、带耦合变压器的旋转变压器、游标式旋转变压器等几种，尽管逐渐地实现了无刷化，但结构仍比较复杂，误差较大，不利于高精度测量。现有的磁阻式旋转变压器通常采用径向的磁路结构，励磁和信号绕组均放置在定子齿上，转子采用凸极结构。但是，现有的径向磁阻式旋转变压器不仅精度相对较低，而且体积随极对数的增加也有显著增大，在电动汽车、航空及航天等多种领域应用受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单层信号绕组径向磁路旋转变压器及信号绕组绕线方法，以解决现有的径向磁阻式旋转变压器精度低，体积随极对数的增加而增大，应用领域受限的问题。

实现上述目的，采取的技术方案如下：

本发明的单层信号绕组径向磁路旋转变压器，包括定子、转子、励磁绕组、正弦信号绕组以及余弦信号绕组；定子为圆筒形状；定子与转子之间具有不相等的气隙，定子的内表面沿轴向加工有4NP个定子槽和4NP个定子齿，4NP个定子槽沿定子的内表面圆周均布设置，相邻两个定子槽之间为所述的定子齿；其中，N为自然数，N的取值范围为2～15，P为转子极对数；励磁绕组安放在4NP个定子槽中，且逐个定子槽反向串联，励磁绕组分布于各定子槽中的匝数相等；4NP个定子齿的相间隔的定子齿上以单层形式缠绕正弦信号绕组；4NP个定子齿的相间隔的定子齿上以单层形式缠绕余弦信号绕组，且正弦信号绕组和余弦信号绕组缠绕于同一绕线层。

本发明的单层信号绕组径向磁路旋转变压器信号绕组绕线方法，所述的方法是：

任意选取一个过定子的轴线且不与定子齿相交的平面，并以该平面为基准，沿顺时针方向将4NP个定子齿按照正弦相与余弦相交替地分成两套2NP个定子齿，再根据绕线方式将每相信号绕组的2NP个定子齿均分为P部分；对于正弦信号绕组而言，从平面开始沿顺时针方向将第一部分的2N个定子齿分为两组；在第一组N个定子齿上沿逆时针方向绕线，在第二组N个定子齿上沿顺时针方向绕线；余弦信号绕组绕线方式与正弦信号绕组相同，相位上相差90°电角度；其他的P-1部分定子齿的绕线方式与第一组、第二组定子齿相同。

本发明具有以下有益效果：

本发明的单层信号绕组径向磁路旋转变压器可以大幅度提高旋转变压器的测量精度，并且缩减了旋转变压器的体积与重量，适用于深空探测等尖端领域。本发明的转子外圈按照正弦规律变化，为径向凸极结构，定子与转子之间具有不相等的气隙结构。定子内侧面上加工有4NP个定子齿和4NP个定子槽，定子齿上缠绕有正弦信号绕组以及余弦信号绕组，并均为集中式绕组。励磁绕组设置在4NP个定子槽内，励磁绕组为等匝绕组，正弦信号绕组以及余弦信号绕组分别为不等匝绕组，并按正弦规律排线，且正余弦信号绕组缠绕于同一绕线层。这种特殊的结构紧凑，形式简单，具有降低测量误差的作用。

本发明的方法可以有效地降低谐波误差含量，从而在已有的磁阻式旋转变压器基础上提高测量精度。

综上，本发明的单层信号绕组径向磁路旋转变压器及信号绕组绕线方法可广泛应用于电动汽车、航空及航天等多种领域。

附图说明

图1是本发明的单层信号绕组径向磁路旋转变压器的径向剖视图；

图2是本发明的单层信号绕组径向磁路旋转变压器的正、余弦信号绕组的匝数分布图，图中E指代的为正弦相，F指代的为余弦相，黑色区域表示为所对应信号绕组的匝数值，所对应信号绕组的匝数值在虚线空白区域为零。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1、图2所示，单层信号绕组径向磁路旋转变压器，包括定子2、转子1、励磁绕组8、正弦信号绕组4以及余弦信号绕组5；定子2为圆筒形状；定子2与转子1之间具有不相等的气隙3，定子2的内表面沿轴向加工有4NP个定子槽7和4NP个定子齿9，4NP个定子槽7沿定子2的内表面圆周均布设置，相邻两个定子槽7之间为所述的定子齿9；其中，N为自然数，N的取值范围为2～15，P为转子1极对数；励磁绕组8安放在4NP个定子槽7中，且逐个定子槽7反向串联，励磁绕组8分布于各定子槽7中的匝数相等；4NP个定子齿9的相间隔的定子齿9上以单层形式缠绕正弦信号绕组4；4NP个定子齿9的相间隔的定子齿9上以单层形式缠绕余弦信号绕组5，且正弦信号绕组4和余弦信号绕组5缠绕于同一绕线层。

本实施方式中，所述的转子1为径向凸极形状，是P对极的正弦结构。所述的定子2为由数个硅钢片叠压成的圆筒形状的铁心，此结构可有效地降低损耗。

所述的正弦信号绕组4的总匝数与余弦信号绕组5总匝数相等。保证正、余弦信号绕组的输出电势幅值相等。

具体实施方式二：如图1、图2所示，具体实施方式一所述的单层信号绕组径向磁路旋转变压器信号绕组绕线方法，所述的方法是：两相信号绕组为集中绕组，且两相信号绕组按照正弦规律变化。具体为：

任意选取一个过定子2的轴线且不与定子齿9相交的平面6，并以该平面6为基准，沿顺时针方向将4NP个定子齿9按照正弦相E与余弦相F交替地分成两套2NP个定子齿9，再根据绕线方式将每相信号绕组的2NP个定子齿9均分为P部分；对于正弦信号绕组4而言，从平面6开始沿顺时针方向将第一部分的2N个定子齿9分为两组；在第一组N个定子齿9上沿逆时针方向绕线，在第二组N个定子齿9上沿顺时针方向绕线；余弦信号绕组5绕线方式与正弦信号绕组4相同，相位上相差90°电角度；其他的P-1部分定子齿9的绕线方式与第一组、第二组定子齿9相同；

对于正弦信号绕组4而言，匝数分布为

$W_1=Q_1\·\sin \left(\frac{A_1\mathrm{\π}}{4N}\right)$

对于余弦信号绕组5而言，匝数分布为

$W_2=Q_2\·\sin (\frac{A_2\mathrm{\π}}{4N}-\frac{\mathrm{\π}}{2P})$

式中，W₁为一个定子齿9上正弦信号绕组4的匝数，W₂为一个定子齿9上余弦信号绕组5的匝数，W₁、W₂的值需要取整，W₁、W₂为负值时表示反向绕线；Q₁为预取正弦信号绕组4匝数的幅值；Q₂为预取余弦信号绕组5匝数的幅值，Q₁、Q₂的单位为匝；A₁、A₂分别为正弦信号绕组4和余弦信号绕组5中距平面6的定子齿9个数，A₁、A₂取值范围均为0～4N。

Claims (6)

1.一种单层信号绕组径向磁路旋转变压器，包括定子(2)、转子(1)、励磁绕组(8)、正弦信号绕组(4)以及余弦信号绕组(5)；定子(2)为圆筒形状；其特征是：定子(2)与转子(1)之间具有不相等的气隙(3)，定子(2)的内表面沿轴向加工有4NP个定子槽(7)和4NP个定子齿(9)，4NP个定子槽(7)沿定子(2)的内表面圆周均布设置，相邻两个定子槽(7)之间为所述的定子齿(9)；其中，N为自然数，N的取值范围为2～15，P为转子(1)极对数；励磁绕组(8)安放在4NP个定子槽(7)中，且逐个定子槽(7)反向串联，励磁绕组(8)分布于各定子槽(7)中的匝数相等；4NP个定子齿(9)的相间隔的定子齿(9)上以单层形式缠绕正弦信号绕组(4)；4NP个定子齿(9)的相间隔的定子齿(9)上以单层形式缠绕余弦信号绕组(5)，且正弦信号绕组(4)和余弦信号绕组(5)缠绕于同一绕线层。

2.根据权利要求1所述的单层信号绕组径向磁路旋转变压器，其特征是：所述的转子(1)为径向凸极形状，是P对极的正弦结构。

3.根据权利要求1所述的单层信号绕组径向磁路旋转变压器，其特征是：所述的定子(2)为由数个硅钢片叠压成的圆筒形状的铁心。

4.根据权利要求2或3所述的单层信号绕组径向磁路旋转变压器，其特征是：所述的正弦信号绕组(4)的总匝数与余弦信号绕组(5)总匝数相等。

5.一种权利要求4所述的单层信号绕组径向磁路旋转变压器信号绕组绕线方法，其特征是：所述的方法是：

任意选取一个过定子(2)的轴线且不与定子齿(9)相交的平面(6)，并以该平面(6)为基准，沿顺时针方向将4NP个定子齿(9)按照正弦相(E)与余弦相(F)交替地分成两套2NP个定子齿(9)，再根据绕线方式将每相信号绕组的2NP个定子齿(9)均分为P部分；对于正弦信号绕组(4)而言，从平面(6)开始沿顺时针方向将第一部分的2N个定子齿(9)分为两组；在第一组N个定子齿(9)上沿逆时针方向绕线，在第二组N个定子齿(9)上沿顺时针方向绕线；余弦信号绕组(5)绕线方式与正弦信号绕组(4)相同，相位上相差90°电角度；其他的P-1部分定子齿(9)的绕线方式与第一组、第二组定子齿相同。

6.根据权利要求5所述的单层信号绕组径向磁路旋转变压器信号绕组绕线方法，其特征是：

对于正弦信号绕组(4)而言，匝数分布为

$W_1=Q_1\·\sin \left(\frac{A_1\mathrm{\π}}{4N}\right)$

对于余弦信号绕组(5)而言，匝数分布为

$W_2=Q_2\·\sin (\frac{A_2\mathrm{\π}}{4N}-\frac{\mathrm{\π}}{2P})$

式中，W₁为一个定子齿(9)上正弦信号绕组(4)的匝数，W₂为一个定子齿(9)上余弦信号绕组(5)的匝数，W₁、W₂的值需要取整，W₁、W₂为负值时表示反向绕线；Q₁为预取正弦信号绕组(4)匝数的幅值；Q₂为预取余弦信号绕组(5)匝数的幅值，Q₁、Q₂的单位为匝；A₁、A₂分别为正弦信号绕组(4)和余弦信号绕组(5)中距平面(9)的定子齿(9)个数，A₁、A₂取值范围均为0～4N。