CN104969038A - 具有四个保持装置的电磁角度传感器 - Google Patents

具有四个保持装置的电磁角度传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN104969038A
CN104969038A CN201380072212.4A CN201380072212A CN104969038A CN 104969038 A CN104969038 A CN 104969038A CN 201380072212 A CN201380072212 A CN 201380072212A CN 104969038 A CN104969038 A CN 104969038A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
tooth
rotor
magnetic flux
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380072212.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104969038B (zh
Inventor
T.奥克特
G.默滕斯
M.范汤姆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TE Connectivity Nederland BV
Original Assignee
Tyco Electronics Nederland BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tyco Electronics Nederland BV filed Critical Tyco Electronics Nederland BV
Publication of CN104969038A publication Critical patent/CN104969038A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104969038B publication Critical patent/CN104969038B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
    • G01D5/2046Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24428Error prevention
    • G01D5/24433Error prevention by mechanical means
    • G01D5/24442Error prevention by mechanical means by mounting means
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K24/00Machines adapted for the instantaneous transmission or reception of the angular displacement of rotating parts, e.g. synchro, selsyn
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2205/00Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
    • G01D2205/70Position sensors comprising a moving target with particular shapes, e.g. of soft magnetic targets
    • G01D2205/77Specific profiles
    • G01D2205/776Cam-shaped profiles

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

本发明涉及一种电磁角度传感器,所述电磁角度传感器具有彼此相对的至少部分铁磁性定子和至少部分铁磁性转子(102),形成有空气间隙。转子(102)具有p个突出部,它们以这样的方式布置,即当转子(102)绕旋转轴线(106)旋转时空气间隙中的磁阻周期性地改变。p是大于或等于2的自然数。定子包括定子磁轭(104)和由凹槽彼此间隔开的齿(110)。在定子齿上设置有在空气间隙中产生预定磁通量分布的磁场励磁器、和磁通量接收器。磁场励磁器还可以设置在转子上。此外,定子具有一致的保持装置(140)或一致的磁不连续部,它们在定子的周界方向上以均匀的方式分布,并且它们相对于磁场励磁器被布置为使得,由保持装置或磁不连续部在磁通量接收器中感应的信号失真在角度传感器的输出信号中被补偿/减少。

Description

具有四个保持装置的电磁角度传感器
技术领域
本发明涉及一种电磁角度传感器,特别是一种磁阻式旋转变压器(reluctance resolver),所述变压器具有旋转地对称、至少部分铁磁性的定子,以及旋转地对称、至少部分铁磁性的转子,所述定子与所述转子彼此相对,形成有空气间隙。转子具有p个突出部(lobe),该p个突出部布置为使得:当转子绕旋转轴线旋转时,空气间隙中的磁阻周期性地改变。定子具有定子磁轭和由凹槽彼此间隔开的4p个齿。在定子或转子上布置有磁场励磁器,其在空气间隙中产生预定磁通量分布。这由布置在定子齿上的磁通量接收器检测,并且所述磁通量接收器具有次级正弦绕组、和相对于次级正弦绕组偏移90电角度的次级余弦绕组。此外,定子具有在定子的周界方向上、以均匀方式分布的四个一致的保持装置或四个一致的磁不连续部。
背景技术
基于改变定子和转子之间的空气间隙中的磁通量强度的原理的角度传感器在许多领域(varieties)中是已知的。原理上,在这种情况下考虑用于产生和检测磁通量的各种原理。在同步系统(旋转变压器、同步器(synchro))中,使用初级和次级绕组形式的电磁线圈。旋转变压器形式的同步系统或同步器已知为精确并且鲁棒的角度传感器。在所谓的无源(passive)磁阻式旋转变压器中,初级绕组和次级绕组容置在定子中,同时转子在不借助任何绕组的情况下影响磁通量分布,也就是说,无源地、仅借助软磁性部件。由于转子的非均匀结构,例如,通过提供突出部,定子中的初级绕组和次级绕组之间的磁通量以不同的方式被影响,由此可以经由感应电压(inducedvoltage)而得到转子相对于定子的角度位置。
图2是五速旋转变压器200的示意性横截面图,如本领域已知的,其具有被安装至定子的五个装配突起240。在这种情况下,铁磁性转子202绕旋转轴线206旋转地支撑在定子204内。转子具有五个突出部208,它们在绕轴线旋转的过程中带来转子和定子的齿之间的可变空气间隙。在具有五个突出部的转子的情况下,当转子绕旋转轴线旋转一次时,磁阻在空气间隙中以360°/5=72°的周期改变。因此,具有这样转子的旋转变压器被称为五速旋转变压器。
图2中示出的五速旋转便器200的定子具有总共20个齿210。从专利文献US 5,300,884中已知,布置在定子上的齿的数量通常是2np,n对于旋转变压器等于2、并且n对于同步器等于3,并且p是形成在转子上的突出部的数量。对于旋转变压器,设置在定子上的齿的数量相应地等于4p。此外,定子204具有五个装配突起240,其布置为在定子的周界方向上以均匀方式分布的状态。使用五个装配突起,五速旋转变压器被安装在电机上,例如,电动机上。
定子204的每个齿210承载初级绕组和次级绕组。次级绕组被构造为次级正弦绕组或次级余弦绕组。交变电流流动通过初级绕组,在相应的齿中产生变化的磁通量。这在次级绕组中感应出信号,所述信号的尺寸(幅度)取决于磁通量。发生在齿210上的磁通量在图2中借助箭头指示:箭头212指示当通过初级绕组的电流是正的时由初级绕组产生的磁通量的方向;箭头214指示在次级正弦绕组中感应正向电压的磁通量的方向;并且箭头216指示在次级余弦绕组中感应正向电压的磁通量的方向。全部初级绕组被串联布置、并且以这样的方式被缠绕或布线,即在两个相邻齿中由它们产生的磁通量指向相对的方向。此外,初级绕组以这样的方式布置在定子齿(210)上,即它们产生在齿中径向地延伸的磁通量。
对于次级绕组,图2中示出的定子的20个齿可以被分为五个组的四个顺序齿。在这种情况下,每个情况下的组中的第一齿承载第一次级余弦绕组(在图2中以“+cos”指示),每个情况下的组中的第二齿承载第一次级正弦绕组(在图2中以“+sin”指示),每个情况下的组中的第三齿承载第二次级余弦绕组(在图2中以“-cos”指示),并且每个情况下的组中的第四齿承载第二次级正弦绕组(在图2中以“-sin”指示)。每个组中的第一次级余弦绕组相对于相应组中的第一次级正弦绕组偏移通过90电角度。每个组中的第二次级余弦绕组相对于相应组中的第二次级正弦绕组偏移通过90电角度。每个组中的第一次级正弦绕组和第二次级正弦绕组以在它们中感应的信号在相对方向上延伸的方式被缠绕或布线。每个组中的第一次级余弦绕组和第二次级余弦绕组以在它们中感应的信号在相对方向上延伸的方式被缠绕或布线。此外,组中的第一次级余弦绕组以这样的方式被缠绕或布线,即当在第一次级余弦绕组中感应出电压的磁通量与由第一齿的初级绕组产生的磁通量以相对方式被定向时,正电压在其中被感应;并且相同组中的第一次级正弦绕组以这样的方式被缠绕或布线,即当在第一次级正弦绕组中感应出电压的磁通量与由第二齿的初级绕组产生的磁通量以相对方式被定向时,正电压在其中被感应。
转子相对于定子的相对位置的角度值可以源自角度传感器的两个输出信号,其第一输出信号等于在次级正弦绕组中感应的信号总和,并且第二输出信号等于在次级余弦绕组中感应的信号总和。
图2示出了沿着外部定子周界五个装配突起的均匀分布,这导致全部五个装配突起布置为邻近于具有一致的次级绕组的齿。例如,在图2中,每个装配突起布置为邻近于具有第一余弦绕组的齿、并且邻近于具有第一正弦绕组的齿。该布置具有下列劣势:
每个装配突起作为影响定子中磁通量分布的磁不连续部。其每个装配突起使最靠近其的次级绕组中感应的信号失真(distort)。测量和计算机模拟已经显示,布置在装配突起旁的次级绕组中感应的电压大于未布置在装配突起旁的次级绕组中感应的电压。
因为在第一次级余弦绕组中产生的信号总是失真、并且因为在全部第一次级余弦绕组或第一次级正弦绕组中的信号具有相同的极性,所以由装配突起带来的、在次级绕组中感应的信号的失真在图2中示出的布置的两个输出信号中积累。为了补偿由磁突起引起的两个输出信号的失真,在图2中示出的定子上布置有五个装配突起之间的五个附加的铁磁性部分。
当带来在第二次级余弦绕组和第二次级正弦绕组中感应的信号失真时,由装配突起引起的、在第一次级余弦绕组和第一次级正弦绕组中感应的信号的失真被补偿。因此,在图2中,附加的铁磁性部分布置为邻近于具有第二次级余弦绕组和第二次级余弦绕组的齿。然而,附加的铁磁性部分使定子周围的空间变窄,这损害线的引导、接线板的安装等。通过安装附加的铁磁性部分来完全补偿也会是实践中难于实施的。
通常,定子由软磁性(magnetically soft)金属板构成。它们借助冲压工具而由大金属板冲压得到。冲压的金属板通常具有依赖于方向的磁导率,其对于角度传感器的精度有不利影响。此外,由于在原始材料中已经存在机械张力,所以金属板在冲压操作过程中机械地变形(弯曲)。齿的尺寸及其在定子上的位置还经受公差。
为了补偿方向依赖(direction-dependent)的磁导率、金属板的机械变形、以及齿的公差差异对角度值确定的精度的影响,金属板在层叠于彼此之前首先相对于彼此旋转。仅当布置在定子上的齿的数量与设置在定子上的装配突起的数量之间的关系是整数(whole number)时,旋转金属板的齿和装配突起与非旋转金属板的齿和装配突起重叠。
已知的是,该条件符合当装配突起的数量等于p时,定子具有4p个齿。表1给出了用于具有4p个齿、设置在定子上的装配突起的最小数量。
表1
转子上的突出部数量(p) 定子上的齿的数量(4p) 装配突起的数量
2 8 2
3 12 3
4 16 4
5 20 5
6 24 6
7 28 7
8 32 8
9 36 9
10 40 10
在表1中,可以清晰地看出,对于大于4的p的值,要设置的装配突起的数量大于确保角度传感器的充足安装所要求的装配突起的数量。通常,对于该目的,四个装配突起是完全充足的。然而,在具体情况下,仅两个装配突起也会是足够的以将角度传感器固定至一设施。
表1中给出的装配突起的数量是绝对地要求的,以便于确保在金属板相对于彼此旋转的过程中的齿或装配突起的完全覆盖。因此,如在表1中示出的,设置在定子上的装配突起的数量随着p的值增大(也就是,转子上的突出部的数量)而显著地增大,希望的是,对于全部p值,提供具有最大四个装配突起的定子配置。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种角度传感器,其具有设置在定子上的四个装配突起,它们可以用特别简单并且具有成本效益的方式来生产、并且还具有改进的精度。
本发明的另一目的是提供一种角度传感器,其具有设置在定子上的两个装配突起,它们可以用特别简单并且具有成本效益的方式来生产、并且还具有改进的精度。
本发明的另一目的是补偿由装配突起引起的信号失真、而不必安装附加的铁磁性部分到定子。
根据本发明的角度传感器(无源磁阻式旋转变压器)包括彼此相对的转子和定子,形成有空气间隙,转子设置有以这样的方式布置的奇数p个突出部,使得当转子绕旋转轴线旋转时,空气间隙中的磁阻周期性地改变,并且定子设置有由凹槽彼此间隔开的4p个齿。定子上还布置有:磁场励磁器(其在空气间隙中产生预定磁通量分布)、磁通量接收器、以及在定子的周界方向上以均匀方式分布的四个一致的保持装置。磁通量接收器布置在定子齿上,并且包括次级正弦绕组、和相对于次级正弦绕组偏移90电角度的次级余弦绕组。
根据本发明的另一角度传感器包括彼此相对的转子和定子,形成有空气间隙,转子设置有以这样的方式布置的p个突出部,即当转子绕旋转轴线旋转时,空气间隙中的磁阻周期性地改变,并且定子设置有由凹槽彼此间隔开的4p个齿。定子上还布置有:磁场励磁器(其在空气间隙中产生预定磁通量分布)、磁通量接收器、以及在定子的周界方向上以均匀方式分布的两个一致的保持装置。磁通量接收器(通常也用术语磁场接收器表示)布置在定子齿上,并且包括次级正弦绕组、和相对于次级正弦绕组偏移90电角度的次级余弦绕组。
在本发明中,磁场励磁器还可布置在转子上。
在本发明中,代替四个一致的保持装置,可设置四个一致的磁不连续部。
根据本发明的有利实施例,磁场励磁器(通常也用术语磁通量励磁器表示)包括布置在定子齿上的初级绕组。
根据本发明的另一有利实施例,定子布置在转子外。
然而,转子还可布置在定子外。在这种情况下,定子齿继而布置在定子磁轭的外部边缘上、并且突出部形成在转子的内边缘上。
根据本发明的另一有利实施例,保持装置是设置在定子磁轭中的孔。
根据本发明的另一有利实施例,磁场励磁器包括串联布置的4p个初级绕组,初级绕组设置在每个定子齿上,并且初级绕组以这样的方式被缠绕或布线,即在两个相邻齿中由它们产生的磁通量指向相对方向。
根据本发明的另一有利实施例,磁通量接收器包括2p个次级正弦绕组和2p个次级余弦绕组,并且定子的4p个齿每个形成p组的四个顺序齿,第一次级余弦绕组布置在每个组中的第一齿上,第一次级正弦绕组布置在每个组中的第二齿上,第二次级余弦绕组布置在每个组中的第三齿上,第二次级正弦绕组布置在每个组中的第四齿上,每个组中的第一次级余弦绕组相对于相应组中的第一次级正弦绕组偏移通过90电角度,每个组中的第二次级余弦绕组相对于相应组中的第二次级正弦绕组偏移通过90电角度,每个组中的第一次级正弦绕组和第二次级正弦绕组以在其中被感应的信号在相对方向上延伸的方式被缠绕或布线,以及每个组中的第一次级余弦绕组和第二次级余弦绕组以在其中被感应的信号在相对方向上延伸的方式被缠绕或布线。
根据本发明的另一有利实施例,角度传感器的第一输出信号等于在2p个次级正弦绕组中感应的信号总和,角度传感器的第二输出信号等于在2p个次级余弦绕组中感应的信号总和,并且转子相对于定子的相对位置的角度值可以从第一输出信号和第二输出信号得到。
根据本发明的另一有利实施例,组中的第一次级余弦绕组以这样的方式被缠绕或布线,即当在第一次级余弦绕组中感应出电压的磁通量被定向为相反于由第一齿的初级绕组产生的磁通量时,正电压在其中被感应,并且组中的第一次级正弦绕组以这样的方式被缠绕或布线,即当在第一次级正弦绕组中感应出电压的磁通量被定向为相反于由第二齿的初级绕组产生的磁通量时,正电压在其中被感应。
为了补偿由保持装置或磁不连续部引起的信号失真,根据本发明的另一有利实施例,保持装置或磁不连续部每个布置在两个齿之间,使得在两个齿的次级绕组中由它们产生的信号失真是相同的。
本发明的优势是单个冲压工具足够用于冲压所有定子板,这减少了工具和生产成本。
为了更好地理解本发明,将参照下列附图中图示的实施例来更详细地解释。此外,来自示出和描述的不同实施例中的一些特征或特征组合也构成了解决方法,所述解决方法本身是独立的,具有创造性的,或者是根据本发明的。
附图说明
在附图中:
图1是根据本发明的实施例的五速旋转变压器的示意性横截面图,所述旋转变压器具有被安装至定子的四个装配突起;
图2是根据现有技术的五速旋转变压器的示意性横截面图,所述旋转变压器具有被安装至定子的五个装配突起。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施例的五速旋转变压器100的示意性横截面图,所述旋转变压器具有被安装至定子的四个装配突起140。在这种情况下,铁磁性转子102在定子内绕旋转轴线106旋转地支撑。转子具有五个突出部108,它们在绕轴线106旋转的过程中带来转子和定子的齿之间的可变空气间隙。
图1中示出的五速旋转变压器100的定子具有20个齿110和四个装配突起140。四个装配突起被布置以使得在定子的周界方向上、在定子磁轭104的外部边缘上以均匀方式分布(也即是说,具有90度的角度间隔)。使用四个装配突起140,五速旋转变压器可以被装配到电机上,例如,电动机上。
定子的每个齿110承载初级绕组和次级绕组。次级绕组被构造为次级正弦绕组或次级余弦绕组。在齿中产生变化磁通量的交变电流经过齿的初级绕组。这在齿的次级绕组中感应(电)信号。在图1中,在齿110中产生的磁通量由箭头指示:箭头112指示当通过初级绕组的电流是正的时由初级绕组产生的磁通量的方向;箭头114指示在次级正弦绕组中感应正向电压的磁通量的方向;并且箭头116指示在次级余弦绕组中感应正向电流的磁通量的方向。全部初级绕组被串联布置、并且以这样的方式被缠绕或布线,即在两个相邻齿中由它们产生的磁通量指向相对方向。此外,定子齿110上的初级绕组以这样的方式布置,即它们产生在齿中径向延伸的磁通量。
对于次级绕组,图1中示出的定子的20个齿分别被分为五组120的四个顺序齿。每个情况下的组中的第一齿承载第一次级余弦绕组(在图1中以“+cos”指定),每个情况下的组中的第二齿承载第一次级正弦绕组(在图1中以“+sin”指定),每个情况下的组中的第三齿承载第二次级余弦绕组(在图1中以“-cos”指定),并且每个情况下的组中的第四齿承载第二次级正弦绕组(在图1中以“-sin”指定)。每个组中的第一次级余弦绕组(+cos)关于相应组中的第一次级正弦绕组(+sin)偏移通过90电角度。每个组中的第二次级余弦绕组(-cos)关于相应组中的第二次级正弦绕组(-sin)偏移通过90电角度。每个组中的第一次级正弦绕组(+sin)和第二次级正弦绕组(-sin)以在其中被感应的信号在相对方向上延伸的方式被缠绕或布线。每个组中的第一次级余弦绕组(+cos)和第二次级余弦绕组(-cos)以在其中被感应的信号在相对方向上延伸的方式被缠绕或布线。此外,组中的第一次级余弦绕组(+cos)以这样的方式被缠绕或布线,即当在第一次级余弦绕组中感应出电压的磁通量与由第一齿的初级绕组产生的磁通量以相对方向被定向时,正电压在其中被感应;并且相同组中的第一次级正弦绕组(+sin)以这样的方式被缠绕或布线,即当在第一次级正弦绕组中感应出电压的磁通量与由第二齿的初级绕组产生的磁通量以相对方向被定向时,正电压在其中被感应。
可以在次级绕组处分接(tap)的信号在完整的机械运转过程中(也就是说,转子的360度)经过的完整周期数,等于设置在转子(102)上的突出部(108)的数量。这意味着,在五速旋转变压器的情况下,360度的电角度借助72度的机械旋转已经实现。
转子102相对于定子的相对位置的角度值可以从角度传感器的两个输出信号得到,其中第一输出信号等于在次级正弦绕组中感应的全部信号总和,并且第二输出信号等于在次级余弦绕组中感应的全部信号总和。
图1中示出的实施例使四个装配突起能够沿着定子周界以这样的方式分布,即四个装配突起中的每个布置为邻近于具有不同次级绕组的齿。例如,在图1中,上装配突起布置在具有第二次级正弦绕组(-sin)的齿与具有第一次级余弦绕组(+cos)的齿之间,下装配突起布置在具有第一次级正弦绕组(+sin)的齿与具有第二次级余弦绕组(-cos)的齿之间,左装配突起布置在具有第二次级正弦绕组(-sin)的齿与具有第二次级余弦绕组(-cos)的齿之间,并且右装配突起布置在具有第一次级正弦绕组(+sin)的齿与具有第一次级余弦绕组(+cos)的齿之间。
因为每个组件突起作为磁不连续部,每个装配突起使得在其下一个次级绕组中感应的信号失真。然而,因为这些信号失真涉及第一次级正弦绕组和第二次级正弦绕组二者,并且在第一次级正弦绕组中感应的信号失真与在第二次级正弦绕组中感应的信号失真具有不同的极性,因此这些信号失真在角度传感器的输出信号中被减少/补偿。类似地,因为由装配突起引起的信号失真涉及第一次级余弦绕组和第二次级余弦绕组二者,并且在第一次级余弦绕组中感应的信号失真与在第二次级余弦绕组中感应的信号失真具有不同的极性,因此这些信号失真在角度传感器的输出信号中被减少/补偿。
当四个装配突起以这样的方式布置在两个最近的/相邻的齿之间、即它们对齿的影响是相等的时,在输出信号中由装配突起引起信号失真的补偿是最优的。这是例如在当两个齿的次级绕组中感应的信号失真是一致时的情况。
本发明不限于其中装配突起位于两个齿之间的实施例,还包括其中四个装配突起中的每个定位为接近仅一个齿并且因此仅在该齿的次级绕组中感应信号失真的实施例。
因此,在本发明中,由装配突起引起的信号失真在输出信号中被减少/补偿,不要求装配突起之间的附加的铁磁部分224,如在图2中示出的。由此留有用于引入线、安装接线板等的额外的空间。
本发明不限于具有被构造在转子上的五个突出部、以及设置在定子上的20个齿(也就是说p=5)的角度传感器。相反,表2示出,对于全部自然数p值,从2到10,可以给出具有设置在定子上的四个装配突起的角度传感器,并且全部这些角度传感器符合下列条件:
其中m是整数。该条件确保相对于另一定子板旋转的定子板的齿以及装配突起可以与另一个定子板的齿以及装配突起对齐。如果符合条件1,则当生产定子时,所有定子板可以用单个冲压工具来冲压,并且以这种方式冲压的定子板可以在将一个堆叠在另一个上方之前相对于彼此旋转,以便于补偿方向依赖的磁导率、机械变形、和公差差异的影响。本发明的角度传感器可以因此以具有成本有效的方式来生产、并且还具有改进的精度。
表2给出了p=2,3,...10,以及设置在定子上的不同数量的装配突起的选择变压器。第一列包含形成在转子上的突出部的数量p,第二列包含设置在定子上的齿的数量,其对于旋转变压器来说等于4p,并且之后的列包含对于m=2,3,4,...10的情况下设置在定子上的齿的数量(4p)与相应m值之间的关系。如果该关系是整数,则表明设置在定子上的装配突起的数量符合条件1。
表2
突出部的数量p 齿的数量4p 4p/2 4p/3 4p/4 4p/5 4p/6 4p/7 4p/8 4p/9 4p/10
2 8 4 2.7 2 1.6 1.3 1.1 1 0.9 0.8
3 12 6 4 3 2.4 2 1.7 1.5 1.3 1.2
4 16 8 5.3 4 3.2 2.7 2.3 2 1.8 1.6
5 20 10 6.7 5 4 3.3 2.9 2.5 2.2 2
6 24 12 8 6 4.8 4 3.4 3 2.7 2.4
7 28 14 9.3 7 5.6 4.7 4 3.5 3.1 2.8
8 32 16 10.7 8 6.4 5.3 4.6 4 3.6 3.2
9 36 18 12 9 7.2 6 5.1 4.5 4 3.6
10 40 20 13.3 10 8 6.7 5.7 5 4.4 4
表2给出,对于每个大于或等于2的自然数p,可以给出具有设置在定子上的四个装配突起的旋转变压器。因为在大多数情况下,四个装配突起是足够用于将旋转变压器固定至一设施的,并且特别地具有奇数p的旋转变压器是特别有利的,所以具有设置在定子上的四个装配突起和奇数p的旋转变压器是根据本发明的。
可以进一步从表2中看出的,对于每个大于或等于2的自然数p,不仅可以给出具有设置在定子上的四个装配突起的旋转变压器,还可以给出具有设置在定子上的两个装配突起的旋转变压器。因此,在特殊情况下,仅两个装配突起也是足够于将角度传感器固定至一设施,具有设置在定子上的仅两个装配突起的旋转变压器也是根据本发明的。
虽然先前实施例总是基于具有布置在定子磁轭104的边缘上的四个装配突起140的角度传感器,但是根据本发明的角度传感器还可以具有设置在定子磁轭中、并且用作保持装置的洞。
虽然先前实施例总是基于定子布置在转子102外、齿110设置在定子磁轭104的内部边缘上、并且突出部形成在转子102的外部边缘上的角度传感器,但是在根据本发明的角度传感器中,转子还可布置在定子外部、齿可设置在定子磁轭的外部边缘上、并且突出部可形成在转子的内部边缘上。
虽然先前实施例总是基于其中转子不包含任何初级绕组的角度传感器(无源磁阻式旋转变压器),但是在根据本发明的角度传感器中,在转子上也可设置初级绕组。
附图标记列表:
附图标记 描述
100 磁阻式旋转变压器、电磁角度传感器
102 转子
104 定子磁轭
106 旋转轴线
108 转子上的突出部
110 定子上的齿(极)
112 通过初级绕组的磁通量
114 在次级正弦绕组中感应正电压的磁通量
116 在次级余弦绕组中感应正电压的磁通量
120 四个顺序齿的组
140 保持装置;装配突起
200 磁阻式旋转变压器、电磁角度传感器
202 转子
204 定子
206 旋转轴线
208 转子上的突出部
210 定子上的齿(极)
212 通过初级绕组的磁通量
214 在次级正弦绕组中感应正电压的磁通量
216 在次级余弦绕组中感应正电压的磁通量
224 附加的铁磁性部分
240 保持装置;装配突起

Claims (16)

1.一种电磁角度传感器,其具有彼此相对的至少部分铁磁性定子和至少部分铁磁性转子(102),形成有空气间隙,
其中所述转子(102)具有以这样的方式布置的p个突出部,即当所述转子(102)绕旋转轴线(106)旋转时空气间隙中的磁阻周期性地改变,p是大于或等于3的奇数自然数,并且
所述定子具有定子磁轭(104)和由凹槽彼此间隔开的4p个齿(110),
该传感器具有布置在定子或转子(102)上的、在空气间隙中产生预定磁通量分布的磁场励磁器,
该传感器具有磁通量接收器,所述磁通量接收器布置在所述定子齿(110)上、并且具有次级正弦绕组和相对于所述次级正弦绕组偏移90电角度的次级余弦绕组,并且
所述定子还具有在所述定子的周界方向上、以均匀方式分布的四个一致的保持装置(140)或四个一致的磁不连续部。
2.一种电磁角度传感器,其具有彼此相对的至少部分铁磁性定子和至少部分铁磁性转子(102),形成有空气间隙,
其中所述转子(102)具有以这样的方式布置的p个突出部,即当所述转子(102)绕旋转轴线(106)旋转时空气间隙中的磁阻周期性地改变,p是大于或等于2的自然数,并且
所述定子具有定子磁轭(104)和由凹槽彼此间隔开的4p个齿(110),
该传感器具有布置在定子或转子(102)上的、在空气间隙中产生预定磁通量分布的磁场励磁器,
该传感器具有磁通量接收器,所述磁通量接收器布置在所述定子齿(110)上、并且具有次级正弦绕组和相对于所述次级正弦绕组偏移90电角度的次级余弦绕组,并且
所述定子还具有在所述定子的周界方向上、以均匀方式分布的两个一致的保持装置(140)或两个一致的磁不连续部。
3.根据权利要求1或2所述的电磁角度传感器,其特征在于,所述磁场励磁器包括布置在定子齿(110)上的至少一个初级绕组。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的电磁角度传感器,其特征在于,所述定子被布置在所述转子(102)外,所述齿(110)被布置在所述定子磁轭(104)的内部边缘上,并且所述突出部形成在所述转子(102)的外部边缘上。
5.根据权利要求1到3中的任一项所述的电磁角度传感器,其特征在于,所述转子被布置在所述定子外,所述齿被布置在所述定子磁轭的外部边缘上,并且所述突出部形成在所述转子的内部边缘上。
6.根据权利要求3到5中的任一项所述的电磁角度传感器,其特征在于,所述磁场励磁器包括串联布置的4p个初级绕组,初级绕组设置在每个定子齿(110)上,并且所述初级绕组以这样的方式被缠绕或布线,即在两个相邻齿中由它们产生的磁通量具有相对方向。
7.根据权利要求6所述的电磁角度传感器,其特征在于,所述磁通量接收器包括2p个次级正弦绕组和2p个次级余弦绕组,
所述定子的4p个齿形成p组(120)中的每四个顺序齿,
第一次级余弦绕组被布置在每个组(120)中的第一齿上,第一次级正弦绕组被布置在每个组(120)中的第二齿上,第二次级余弦绕组被布置在每个组(120)中的第三齿上,并且第二次级正弦绕组被布置在每个组(120)中的第四齿上,
每个组(120)中的第一次级余弦绕组相对于相应组中的第一次级正弦绕组偏移通过90电角度,
每个组(120)中的第二次级余弦绕组相对于相应组中的第二次级正弦绕组偏移通过90电角度,
每个组(120)中的第一次级正弦绕组和第二次级正弦绕组以在其中被感应的信号在相对方向上延伸的方式被缠绕或布线,
每个组(120)中的第一次级余弦绕组和第二次级余弦绕组以在其中被感应的信号在相对方向上延伸的方式被缠绕或布线。
8.根据权利要求6或7所述的电磁角度传感器,其特征在于,所述初级绕组以其产生径向延伸的磁通量的方式来布置。
9.根据权利要求8所述的电磁角度传感器,其特征在于,所述角度传感器的输出信号是在所述2p个次级正弦绕组中感应的信号总和与在所述2p个次级余弦绕组中感应的信号总和的基础上形成的,并且
所述转子(102)相对于所述定子(104)的相对位置的角度值可以从所述角度传感器的输出信号得到。
10.根据权利要求8或9所述的电磁角度传感器,其特征在于,组(120)的第一次级余弦绕组以这样的方式被缠绕或布线,即当在所述第一次级余弦绕组中感应出电压的磁通量被定向为相反于由所述第一齿的初级绕组产生的磁通量时,正电压在其中被感应,并且
组(120)中的第一次级正弦绕组以这样的方式被缠绕或布线,即当在所述第一次级正弦绕组中感应出电压的磁通量被定向为相反于由所述第二齿的初级绕组产生的磁通量时,正电压在其中被感应。
11.根据权利要求9或10所述的电磁角度传感器,其特征在于,所述保持装置或所述磁不连续部以这样的方式布置,即在所述次级绕组中由所述保持装置或磁不连续部引起的信号失真在所述角度传感器的输出信号中彼此补偿/减少。
12.根据权利要求1到11中的任一项所述的电磁角度传感器,其特征在于,所述保持装置是布置在所述定子磁轭(104)的边缘上的装配突起(140)。
13.根据权利要求1到11中的任一项所述的电磁角度传感器,其特征在于,所述保持装置是设置在所述定子磁轭(104)中的孔。
14.根据权利要求1到13中的任一项所述的电磁角度传感器,其特征在于,p等于5。
15.根据权利要求1到14中的任一项所述的电磁角度传感器,其特征在于,所述电磁角度传感器是旋转变压器。
16.一种电磁角度传感器,其具有彼此相对的至少部分铁磁性定子和至少部分铁磁性转子(102),形成有空气间隙,
其中所述转子(102)具有以这样的方式布置的p个突出部,即当所述转子(102)绕旋转轴线(106)旋转时空气间隙中的磁阻周期性地改变,p是大于或等于2的自然数,并且
所述定子具有定子磁轭(104)和由凹槽彼此间隔开的齿(110),
该传感器具有布置在定子或转子(102)上的、在空气间隙中产生预定磁通量分布的磁场励磁器,
该传感器具有布置在所述定子齿(110)上的磁通量接收器并且
所述定子还具有在所述定子的周界方向上、以均匀方式分布的一致的保持装置(140)或一致的磁不连续部,并且它们以这样的方式而相对于所述磁场励磁器布置,即由所述保持装置或磁不连续部在所述磁通量接收器中感应的信号失真在所述角度传感器的输出信号中被补偿/减少。
CN201380072212.4A 2012-12-14 2013-12-16 具有四个保持装置的电磁角度传感器 Expired - Fee Related CN104969038B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012223283.4A DE102012223283A1 (de) 2012-12-14 2012-12-14 Magnetoelektronischer winkelsensor mit vier haltevorrichtungen
DE102012223283.4 2012-12-14
PCT/EP2013/076742 WO2014091032A2 (en) 2012-12-14 2013-12-16 Magnetoelectronic angle sensor having four retention devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104969038A true CN104969038A (zh) 2015-10-07
CN104969038B CN104969038B (zh) 2017-10-10

Family

ID=49765533

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380072212.4A Expired - Fee Related CN104969038B (zh) 2012-12-14 2013-12-16 具有四个保持装置的电磁角度传感器

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN104969038B (zh)
DE (1) DE102012223283A1 (zh)
WO (1) WO2014091032A2 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106533108A (zh) * 2016-12-29 2017-03-22 上海世昱电子技术有限公司 一种旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体
CN110661392A (zh) * 2018-06-29 2020-01-07 广东威灵汽车部件有限公司 旋转式变压器
CN112368921A (zh) * 2018-07-03 2021-02-12 三菱电机株式会社 旋转变压器装置及带旋转变压器装置旋转电机
CN112857407A (zh) * 2019-11-27 2021-05-28 英飞凌科技股份有限公司 带有距离值确定的感应式角度传感器
CN114034324A (zh) * 2021-10-26 2022-02-11 连云港杰瑞电子有限公司 一种电磁场传感器的绝对值旋转编码器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6173617B2 (ja) * 2014-11-25 2017-08-02 三菱電機株式会社 回転角度検出装置
KR102144254B1 (ko) 2020-04-03 2020-08-12 박천수 제로포스변환 벡터합성 능동형 리졸버 장치

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050016122A (ko) * 2003-08-05 2005-02-21 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 비접촉식 각도 측정장치
CN101126625A (zh) * 2007-08-03 2008-02-20 金少舫 一种圆柱式感应同步器
US7466058B2 (en) * 2005-06-29 2008-12-16 Eocycle Technologies, Inc. Transverse flux electrical machine with segmented core stator
JP2009098028A (ja) * 2007-10-17 2009-05-07 Minebea Co Ltd レゾルバ、計測装置、信号処理方法およびプログラム
CN102177418A (zh) * 2008-10-10 2011-09-07 法雷奥电机设备公司 产生正弦信号的用于确定角度位置的磁性装置及包括这种装置的多相旋转电机
CN102428350A (zh) * 2009-05-15 2012-04-25 泰科电子比利时公司 电磁角度传感器,特别地磁阻式旋转变压器
CN102714442A (zh) * 2010-01-18 2012-10-03 泰科电子比利时公司 用于安装在磁芯上的线圈架、用于磁阻解算器的磁芯,及制造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2679026B1 (fr) 1991-07-11 1993-09-24 Alsthom Gec Dispositif pour la mesure de la position angulaire d'un rotor par rapport a un stator.
JP3939952B2 (ja) * 2001-10-05 2007-07-04 オークマ株式会社 レゾルバ付きモータ
JP4475471B2 (ja) * 2007-04-16 2010-06-09 三菱電機株式会社 レゾルバ

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050016122A (ko) * 2003-08-05 2005-02-21 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 비접촉식 각도 측정장치
US7466058B2 (en) * 2005-06-29 2008-12-16 Eocycle Technologies, Inc. Transverse flux electrical machine with segmented core stator
CN101126625A (zh) * 2007-08-03 2008-02-20 金少舫 一种圆柱式感应同步器
JP2009098028A (ja) * 2007-10-17 2009-05-07 Minebea Co Ltd レゾルバ、計測装置、信号処理方法およびプログラム
CN102177418A (zh) * 2008-10-10 2011-09-07 法雷奥电机设备公司 产生正弦信号的用于确定角度位置的磁性装置及包括这种装置的多相旋转电机
CN102428350A (zh) * 2009-05-15 2012-04-25 泰科电子比利时公司 电磁角度传感器,特别地磁阻式旋转变压器
CN102714442A (zh) * 2010-01-18 2012-10-03 泰科电子比利时公司 用于安装在磁芯上的线圈架、用于磁阻解算器的磁芯,及制造方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106533108A (zh) * 2016-12-29 2017-03-22 上海世昱电子技术有限公司 一种旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体
CN106533108B (zh) * 2016-12-29 2024-04-26 苏州昱泽智能科技有限公司 一种旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体
CN110661392A (zh) * 2018-06-29 2020-01-07 广东威灵汽车部件有限公司 旋转式变压器
CN110661392B (zh) * 2018-06-29 2024-05-24 广东威灵汽车部件有限公司 旋转式变压器
CN112368921A (zh) * 2018-07-03 2021-02-12 三菱电机株式会社 旋转变压器装置及带旋转变压器装置旋转电机
CN112368921B (zh) * 2018-07-03 2023-09-29 三菱电机株式会社 旋转变压器装置及带旋转变压器装置旋转电机
CN112857407A (zh) * 2019-11-27 2021-05-28 英飞凌科技股份有限公司 带有距离值确定的感应式角度传感器
US11543231B2 (en) 2019-11-27 2023-01-03 Infineon Technologies Ag Inductive angle sensor with clearance value ascertainment
CN114034324A (zh) * 2021-10-26 2022-02-11 连云港杰瑞电子有限公司 一种电磁场传感器的绝对值旋转编码器
CN114034324B (zh) * 2021-10-26 2024-06-04 连云港杰瑞电子有限公司 一种电磁场传感器的绝对值旋转编码器

Also Published As

Publication number Publication date
CN104969038B (zh) 2017-10-10
WO2014091032A2 (en) 2014-06-19
WO2014091032A3 (en) 2014-08-07
DE102012223283A1 (de) 2014-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104969038A (zh) 具有四个保持装置的电磁角度传感器
CN102428350B (zh) 电磁角度传感器,特别地磁阻式旋转变压器
CN102714442B (zh) 用于安装在磁芯上的线圈架、用于磁阻解算器的磁芯,及制造方法
US10012267B2 (en) Resolver bearing, resolver stator, and method for producing same
CN101752980B (zh) 永磁铁式旋转电机
CN103036386B (zh) 角度传感器
US9621001B2 (en) Rotor assembly for electric machine having mechanical retention system for magnets
WO2017046953A1 (ja) 永久磁石同期モータ、永久磁石同期モータの製造方法、および空気調和機
US10627258B2 (en) Resolver
CN103683598A (zh) 用于电旋转机器的转子
US9024498B2 (en) Rotating electrical machine
US20150300412A1 (en) Resolver bearing
CN104659937A (zh) 旋转电机的转子
CN107565762A (zh) 磁性编码器、电机以及其角度计算方法
CN111492255A (zh) 用于确定传感器中存在异常的感测装置、转子和方法
US8952685B2 (en) Magnetic device for determination of angular position in a multiphase rotary electrical machine
US11228226B2 (en) Electric machine comprising a knurled rotor shaft and method of manufacturing such a machine
JP6504261B2 (ja) 電動機の回転子の製造方法及び製造装置
JP2012196110A (ja) 永久磁石式同期モータおよびそのステータの製造方法
CN109639084A (zh) 用于可变磁阻型角度传感器的定子芯
CN102664097B (zh) 双通道轴向磁路外转子磁阻式旋转变压器
JP2009247112A (ja) 磁束干渉低減型冗長系レゾルバ構造
US20010015588A1 (en) Multipolar resolver with variable magnetic coupling
JP2013027122A (ja) レゾルバ及びその製造方法、並びにレゾルバ付き転がり軸受装置
JP2011234545A (ja) 回転電機の回転子

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20171010

Termination date: 20211216

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee