CN107063075B - 一种角度检测设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种角度检测设备，属于检测技术领域。该角度检测设备包括旋转变压器和信号处理装置。旋转变压器包括至少四根引线，其中至少两根引线为励磁引线，至少两根引线为信号引线。信号处理装置包括励磁电路，以连接励磁引线且为励磁引线提供励磁信号；包括信号采集电路，以连接信号引线且从信号引线采集旋转变压器的位置信号；以及包括角度计算电路，以连接信号采集电路并根据信号采集电路发来的位置信号计算旋转变压器的旋转角度。本发明提出了一种能够为电感式旋转变压器，尤其是仅具有四根引线(两根为励磁引线，两根为信号引线)的电感式旋转变压器提供有效的信号处理的技术，得到较为精确的旋转变压器的旋转角度。

Description

一种角度检测设备
技术领域
本发明属于检测技术领域，涉及一种检测设备，尤其是一种角度检测设备。
背景技术
电动汽车、工业自动化、机器人、纺织机械和航空航天等行业均离不开旋转电机的高性能控制，因而需要电机旋转角度传感器，并且经常要求将其应用在高温环境下。当前，光电式角度编码器因可以容易地实现电机旋转角度的检测而得到了广泛应用，但这种光电式角度编码器含有光电元器件和半导体器件，因而无法应用在高温环境中。旋转变压器是一种可以实现旋转角度检测的传感器，由于其不使用光电转换器件，因而可以在较高温度的环境中使用。
当前，旋转变压器基本上均为六线式旋转变压器，其6根引线中，2根为励磁引线，4根为信号引线，引线较多，系统维修繁琐，可靠性不高。当前，针对这种6引线的旋转变压器，配置有信号处理装置，这些信号处理装置中电路构成复杂庞大，也不适于作为电感式(尤其是四线式)旋转变压器的信号处理装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够对电感式旋转变压器进行有效的信号处理与计算且结构较为简单的角度检测设备。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种角度检测设备，包括旋转变压器和信号处理装置；所述旋转变压器包括至少四根引线，其中至少两根所述引线为励磁引线，至少两根所述引线为信号引线；所述信号处理装置包括励磁电路，以连接所述励磁引线且为所述励磁引线提供励磁信号；包括信号采集电路，以连接所述信号引线且从所述信号引线采集所述旋转变压器的位置信号；以及包括角度计算电路，以连接所述信号采集电路并根据所述信号采集电路发来的所述位置信号计算所述旋转变压器的旋转角度。
所述信号采集电路为信号采样电路；或者，所述信号采集电路为同步检波电路。
所述励磁信号为正弦波信号或者矩形波信号。
所述信号处理装置还包括时控电路；所述时控电路与所述励磁电路和所述信号采集电路均连接，以控制所述励磁电路提供所述励磁信号以及控制所述信号采集电路的信号采集节拍；优选地，所述信号处理装置包括两个所述信号采集电路。
所述信号采集电路的输入端连接有带通滤波器，以对所述信号引线输出的信号进行滤波处理；优选地，所述信号处理装置包括两组所述带通滤波器和所述信号采集电路。
所述信号采集电路和所述角度计算电路之间连接有低通滤波器，以对所述信号采集电路输出的信号进行低通滤波处理；优选地，所述信号处理装置包括两组所述低通滤波器和所述信号采集电路。
所述信号采集电路为模拟电路；或者，所述信号采集电路为数字电路；或者，所述信号采集电路为数字和模拟混合电路。
所述角度计算电路为数字电路；或者，所述角度计算电路为数字和模拟混合电路。
所述旋转变压器包括定子和转子，定子包括定子轭和定子检测齿，所述定子检测齿设置在所述定子轭上；转子包括转子铁心，转子铁心的表面设置有转子凸极；定子检测齿数为4*P，P为正整数；转子凸极数为Q，Q为正整数；Q大于1时，Q个所述转子凸极沿所述转子的圆周表面均匀分布；所述定子轭和所述定子检测齿由导磁材料制成；所述转子铁心由导磁材料构成；每个所述定子检测齿上最多绕1个线圈；所述旋转变压器包括至少一套检测线圈系统；每套检测线圈系统包括多个绕在所述定子检测齿上的线圈，所述线圈的电感随所述转子的旋转角度的变化而变化，以根据所述线圈的电感的变化检测所述转子的旋转角度；优选地，每套所述检测线圈系统中，多个所述线圈构成桥式电路，所述桥式电路的各桥臂由一个所述线圈构成或由多个所述线圈串联构成，从所述桥式电路的桥臂相交的接点处引出引线，作为励磁引线或信号引线；每套所述检测线圈系统既包含励磁引线，又包含信号引线；各所述桥臂的线圈的合成电感的基波相位依次相差90度。
优选地，每套所述检测线圈系统中：包括至少四组定子线圈，每组定子线圈包括至少一个所述线圈；所有组所述定子线圈组成桥式电路，每组定子线圈构成所述桥式电路的一个桥臂；所述桥式电路中，每两个相交的桥臂在相交处构成一个接点，从每个所述接点处引出一根引线。
优选地，每套检测线圈系统均包括四组定子线圈，构成四桥臂的桥式电路，具有四个接点，从四个所述接点处引出四根引线，其中两根所述引线为励磁引线，另外两根所述引线为信号引线。
优选地，所述定子还包括定子辅助齿，以改善磁路系统的对称性；所述定子辅助齿设置在所述定子检测齿的外侧；所述定子辅助齿的材料为导磁材料。
优选地，所述定子还包括定子解耦齿，以减少绕有线圈的所述定子检测齿之间的磁耦合；所述定子解耦齿设置在绕有线圈的所述定子检测齿的两侧，绕有线圈的所述定子检测齿之间至少设置1个定子解耦齿；所述定子解耦齿的材料为导磁材料。
优选地，所述定子轭所跨越的角度小于360度。
优选地，所述转子布置在所述定子的内部；或者，所述转子布置在所述定子的外部。
所述旋转变压器包括两套或两套以上的检测线圈系统；至少两套所述检测线圈系统的线圈设置在同一个定子上；每套所述检测线圈系统连接有一个所述信号处理装置；优选地，各套所述检测线圈系统之间，励磁引线共用，信号引线独立；或者，各套所述检测线圈系统之间，励磁引线独立，信号引线独立。
所述角度检测设备包括至少两个旋转变压器；所述角度检测设备包括与旋转变压器数目相等的信号处理装置；所述信号处理装置与所述旋转变压器一一对应地连接；优选地，所述至少两个旋转变压器至少包括第一旋转变压器和第二旋转变压器；第一旋转变压器的转子包括且仅包括1个转子凸极；第二旋转变压器的转子包括2个或2个以上的转子凸极；至少第一旋转变压器的转子和第二旋转变压器的转子设置为同步转动；优选地，第一旋转变压器的定子检测齿数为4*M，M为正整数；优选地，第二旋转变压器中，定子检测齿数为4*X，转子凸极数为(Y+1)；其中，X和Y为正整数。
设置所述转子凸极的形状，以使得每个所述线圈的电感的变化部分随着所述转子的旋转角度的变化成正弦波变化；或者，设置所述转子凸极的形状，以使得每个所述线圈的电感的变化部分随着所述转子的旋转角度的变化成三角波变化。
所述定子检测齿沿所述定子轭的更靠近所述转子的一侧的圆周表面分布，相邻的定子检测齿相隔设定的角度布置，以使得各所述桥臂上的线圈的合成电感的基波相位依次相差90度。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：本发明角度检测设备提出了一种能够为电感式旋转变压器，尤其是仅具有四根引线(两根为励磁引线，两根为信号引线)的电感式旋转变压器提供有效的信号处理的技术，能够有效地对电感式旋转变压器进行励磁和采样以及旋转角度计算，得到较为精确的旋转变压器的旋转角度。
附图说明
图1为本发明中角度检测设备的原理示意图；
图2为本发明第一实施例中旋转变压器的定转子的截面示意图；
图3为本发明第一实施例中旋转变压器的桥式电路的电路图；
图4为本发明第一实施例中信号处理装置的结构框图；
图5为本发明第一实施例中机械角度和电角度的关系图；
图6为本发明第二实施例中信号处理装置的结构框图；
图7为本发明第三实施例中信号处理装置的结构框图；
图8为本发明第四实施例中旋转变压器的定转子的截面图；
图9为本发明第四实施例中旋转变压器的桥式电路的电路图；
图10a为本发明第五实施例中第一旋转变压器的定转子的截面图；
图10b为本发明第五实施例中第二旋转变压器的定转子的截面图；
图11为本发明第五实施例中旋转变压器系统的桥式电路的电路图；
图12为本发明第六实施例中旋转变压器的定转子的截面图。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
本发明提出了一种角度检测设备，该角度检测设备包括旋转变压器和信号处理装置，图1所示为其原理示意图。该旋转变压器包括至少四根引线，其中至少两根引线为励磁引线，至少两根引线为信号引线。该信号处理装置包括励磁电路，以连接励磁引线且为励磁引线提供励磁信号；包括信号采集电路，以连接信号引线且从信号引线采集旋转变压器的位置信号；以及包括角度计算电路，以连接信号采集电路并根据信号采集电路发来的位置信号计算旋转变压器的旋转角度。
本发明中，信号采集电路为模拟电路，或者数字电路，或者数字和模拟混合电路，并根据需要增加数模转换电路和模数转换电路。本发明中，角度计算电路为数字电路，或者数字和模拟混合电路，并根据需要增加数模转换电路和模数转换电路。
旋转变压器包括定子和转子，定子包括定子轭和定子检测齿，定子检测齿设置在定子轭上。转子包括转子铁心，转子铁心的表面设置有转子凸极。定子检测齿数为4*P，P为正整数；转子凸极数为Q，Q为正整数。Q大于1时，Q个转子凸极沿转子的圆周表面均匀分布。定子轭和定子检测齿由导磁材料制成；转子铁心由导磁材料构成。
旋转变压器包括至少一套检测线圈系统。每套检测线圈系统包括多个绕在定子检测齿上的线圈，每个定子检测齿上最多绕1个线圈。线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化，以根据线圈的电感的变化检测转子的旋转角度。每套检测线圈系统中，多个线圈构成桥式电路，桥式电路的各桥臂由一个线圈构成或由多个线圈串联构成，从桥式电路的桥臂相交的接点处引出引线，作为励磁引线或信号引线。每套检测线圈系统既包含励磁引线，又包含信号引线。各桥臂的线圈的合成电感的基波相位依次相差90度。
优选地，每套检测线圈系统中：包括至少四组定子线圈，每组定子线圈包括至少一个线圈。所有组定子线圈组成桥式电路，每组定子线圈构成桥式电路的一个桥臂。桥式电路中，每两个相交的桥臂在相交处构成一个接点，从每个接点处引出一根引线。
本发明中，定子轭可以采用所跨越的角度为360度，即圆形的普通的定子轭，也可以采用所跨越的角度小于360度的新型定子轭，从而使得包含定子轭的定子、旋转变压器和角度检测设备更加小型化和轻量化。
第一实施例：
本实施例中，该角度检测设备包括旋转变压器和信号处理装置。本实施例中，信号处理装置中励磁电路输出的励磁信号为正弦波信号(本发明中，也可以是矩形波信号)。
该旋转变压器中，P＝1，Q＝6，从而该旋转变压器的定子检测齿数为4，转子凸极数为6。图2为该旋转变压器的定转子的截面示意图。定子包括定子轭和定子检测齿，定子检测齿设置在定子轭上。转子包括转子铁心。定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。
本实施例中，6个转子凸极在转子铁心的表面圆周上均匀分布，4个定子检测齿沿定子轭的圆周表面分布。4个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为1101、1102、1103和1104。在每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图2中未示出)。每个定子检测齿上饶有1个线圈，在每个定子检测齿的两侧均设有1个定子解耦齿(其上不缠绕线圈)，分别为1105、1106、1107、1108和1109，以减少绕有线圈的定子检测齿之间的磁耦合(从图2中也可以看出绕有线圈的定子检测齿之间至少设置有1个定子解耦齿)。定子解耦齿的材料为导磁材料。定子检测齿沿定子轭的更靠近转子的一侧的圆周表面分布，相邻的定子检测齿相隔设定的角度布置，以使得各桥臂上的线圈的合成电感的基波相位依次相差设定的角度，本实施例中为90度。
每个线圈的匝数相同。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，通过电磁仿真选择转子凸极的形状和尺寸，以使得线圈的电感的变化部分随着转子的旋转角度的变化呈正弦变化。
该旋转变压器包括一套检测线圈系统，其中包括四组定子线圈。每组定子线圈包括1个线圈。四组定子线圈中，各组定子线圈的合成电感的基波相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路，图3所示为该桥式电路的电路图。桥式电路的桥臂XAC由定子检测齿1101上的线圈构成，桥臂XAD由定子检测齿1102上的线圈构成，桥臂XBC由定子检测齿1103上的线圈构成，桥臂XBD由定子检测齿1104上的线圈构成。桥式电路的4个接点A、B、C、D分别用4根引线引出作为旋转变压器的引线，其中两根引线为励磁引线，连接信号处理装置的励磁端(对应于A和B)；另外两根引出线为信号引线(从而C和D成为旋转变压器的反馈)，连接信号处理装置的反馈信号端(对应于C和D)。
本实施例中，定子轭的跨度小于360度(本发明中，也可以采用所跨越的角度为360度，即圆形的普通的定子轭)。定子检测齿1101与定子检测齿1102之间的夹角为15度，定子检测齿1102与定子检测齿1103之间的夹角为15度，定子检测齿1103与定子检测齿1104之间的夹角为15度。各定子解耦齿(1105、1106、1107、1108、1109)与相邻的定子检测齿之间的夹角为7.5度。
图4所示为本实施例中信号处理装置的结构示意图。该信号处理装置包括励磁电路、信号采集电路、时控电路和角度计算电路。
励磁电路的输出励磁信号与旋转变压器的励磁端A和B连接，旋转变压器的反馈信号端C和D连接信号采集电路的输入端。时控电路控制励磁电路输出励磁信号并按设定的节拍控制信号采集电路对旋转变压器的反馈信号进行信号采集处理得到位置信号；经采样处理后的位置信号发送给角度计算电路，由角度计算电路根据位置信号计算旋转角度。本实施例中，共包含两个所述信号采集电路，一个用于采集反馈信号中的正弦信号，另一个用于采集反馈信号中的余弦信号。
本实施例中，信号采集电路为信号采样电路(本发明中，信号采集电路也可以是同步检波电路)。
本实施例中角度检测设备的角度检测原理如下：
令定子检测齿1101、1102、1103、1104上的线圈的电感分别为L101、L102、L103、L104。由图2可以看出，随着转子的旋转角度的变化，各定子检测齿与转子凸极之间的间隙发生变化，使得各线圈的电感随之变化，其变化周期为6。各线圈的电感随转子的旋转角度θm1的变化可以分别表示为：
L101＝L1+Lm1*sin(6θm1) 式(101)
L102＝L1+Lm1*sin(6θm1-90) 式(102)
L103＝L1+Lm1*sin(6θm1-180) 式(103)
L104＝L1+Lm1*sin(6θm1-270) 式(104)
其中，L1为各电感的直流分量；
Lm1为各电感的基波幅值；
θm1为转子的旋转角度。
参照图3的桥式电路图，由定子检测齿1101上的线圈构成的桥臂XAC的电感L_AC为：
L_AC＝L101＝L1+Lm1*sin(6θm1) 式(105)
由定子检测齿1102上的线圈构成的桥臂XAD的电感L_AD为：
L_AD＝L102＝L1+Lm1*sin(6θm1-90) 式(106)
由定子检测齿1103上的线圈构成的桥臂XBC的电感L_BC为：
L_BC＝L103＝L1+Lm1*sin(6θm1-180) 式(107)
由定子检测齿1104上的线圈构成的桥臂XBD的电感L_BD为：
L_BD＝L104＝L1+Lm1*sin(6θm1-270) 式(108)
观察式(101)-式(108)可知，桥式电路的四个桥臂的电感的基波分量是依次相差90度的正弦波。
设施加到旋转变压器的励磁端的高频励磁电压为：
vi＝v＊sin(ωt),
其中：v为励磁电压的幅值；
ω为励磁电压的角频率；
t为时间；
则根据电路运算容易求出桥式电路的接点C和接点D的输出电压VC和VD分别为：
VC＝Gv*sinωt*sin(6*θm1) 式(109)
VD＝Gv*sinωt*cos(6*θm1) 式(110)
其中：Gv为常数。
上两式代表幅值为Gv*sinωt的两项互差90度的正弦波。
可以得到：
VC/VD＝sin(6*θm1)/cos(6*θm1)＝tan(6*θm1) 式(111)
所以，通过测量桥式电路的接点的输出电压VC和VD，并计算出VC/VD，然后进行反正切计算等即可求出旋转角度θm1。
在本实施例中，参照图4，通过时控电路控制信号采集电路的采样节拍对反馈信号电压VC和VD进行采样，并将结果输出给角度计算电路，角度计算电路计算出VC/VD进行反正切计算等即可求出旋转角度。
在本实施例里，转子凸极数为6，机械角度(即旋转变压器的旋转角度)θm1与电角度θe1的关系为θm1＝θe1/6。所以求得电角度θe1(即arctan(VC/VD))后除以6即可求出转子旋转角度θm1，如图4所示。图5为本实施例中机械角度和电角度的关系示意图。
本发明中，角度计算电路可以是具有反正切计算和除法计算的芯片。
本实施例中设置有定子解耦齿(其为不缠绕线圈的定子齿)，减少了绕有线圈的定子检测齿之间的磁耦合。定子解耦齿设置在绕有线圈的定子检测齿的两侧，绕有线圈的定子检测齿之间至少设置1个定子解耦齿。定子解耦齿的材料为导磁材料。
第二实施例：
本实施例中，角度检测设备包括旋转变压器和与其相连的信号处理装置，其中旋转变压器与第一实施例中的旋转变压器相同。本实施例中，信号处理装置中励磁电路输出的励磁信号为正弦波信号(本发明中，也可以是矩形波信号)。
图6所示为本实施例中信号处理装置的结构示意图。本实施例中，信号处理装置包括励磁电路、带通滤波器、信号采集电路、时控电路和角度计算电路。
励磁电路输出的励磁信号与旋转变压器的励磁端A和B连接，旋转变压器的反馈信号端C和D连接到信号处理装置的带通滤波器的输入端，经带通滤波器滤除干扰后的输出信号送到信号采集电路的输入端。时控电路控制励磁电路输出励磁信号并按所设定的采样节拍控制信号采集电路对旋转变压器的反馈信号进行采样处理得到位置信号，采样处理后的位置信号传送给角度计算电路计算出旋转角度。本实施例中，共包含两组上述带通滤波器和信号采集电路，一组用于处理反馈信号中的正弦信号，另一组用处处理反馈信号中的余弦信号。
本实施例中，信号采集电路为信号采样电路(本发明中，信号采集电路也可以是同步检波电路)。本发明中，角度计算电路可以是具有反正切计算和除法计算的芯片。
本实施例的角度检测原理与第一实施例相似。同时，本实施例由于在反馈信号与信号采集电路之间引入了带通滤波器，大大增强了角度检测系统在实际使用现场的抗干扰能力。
第三实施例：
本实施例中，角度检测设备包括旋转变压器和与其相连的信号处理装置，其中旋转变压器与第一实施例和第二实施例中的旋转变压器相同。本实施例中，信号处理装置中励磁电路输出的励磁信号为正弦波信号(本发明中，也可以是矩形波信号)。
图7所示为本实施例中信号处理装置的结构示意图。本实施例中，信号处理装置包括励磁电路、带通滤波器、信号采集电路、时控电路、低通滤波器和角度计算电路。
励磁电路的输出励磁信号与旋转变压器的励磁端A和B连接，旋转变压器的反馈信号端C和D连接到信号处理装置的带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出信号送到信号采集电路的输入端。时控电路控制励磁电路输出励磁信号并按设定的采样节拍控制信号采集电路对旋转变压器的反馈信号进行采样处理得到位置信号，采样处理后的位置信号传送给低通滤波器，低通滤波后的位置信号输出给角度计算电路，由角度计算电路计算出旋转角度。本实施例中，共包含两组上述带通滤波器、信号采集电路和低通滤波器，一组用于处理反馈信号中的正弦信号，另一组用于处理反馈信号中的余弦信号。
本实施例中，信号采集电路为信号采样电路(本发明中，信号采集电路也可以是同步检波电路)。本发明中，角度计算电路可以是具有反正切计算和除法计算的芯片。
本实施例的角度检测原理与第一实施例和第二实施例相似。同时，本实施例由于在信号采集电路与角度计算电路间相对于第二实施例又加入了低通滤波器，从而大大降低了角度检测系统的高频抗干扰影响。
第四实施例：
本实施例中，角度检测设备包括旋转变压器和与其相连的信号处理装置。本实施例中，信号处理装置中励磁电路输出的励磁信号为正弦波信号(本发明中，也可以是矩形波信号)。
其中，旋转变压器包括三套检测线圈系统，每套检测线圈系统包括四组定子线圈，每组定子线圈包括一个线圈。四组定子线圈组成桥式电路，每组定子线圈构成桥式电路的一个桥臂。桥式电路中，每两个相交的桥臂在相交处构成一个接点，从每个接点处引出一根引线。
本实施例中，包括三个信号处理装置，每个信号处理装置与第一实施例中的信号处理装置相同，各信号处理装置分别与旋转变压器的一个桥式电路的输出引线一一对应地连接。
本实施例中，该旋转变压器具有12个定子检测齿和9个转子凸极。图8所示为本实施例中该旋转变压器的定转子的截面示意图。定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。本实施例中，12个定子检测齿沿定子铁心内表面均匀分布；9个转子凸极沿转子铁心的外圆表面上均匀分布。从图8可以看出，这三套检测线圈系统的线圈设置于同一个定子的定子检测齿上。
每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图8中未示出)。每个定子检测齿上绕有且仅饶有1个线圈，12个定子检测齿上共有12个线圈沿圆周分布，12个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为4101、4102、4103、4104、4105、4106、4107、4108、4109、4110、4111、4112。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，通过电磁仿真选择转子凸极的形状，使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化。图8中，9表示线圈。本实施例中，各线圈的电感的直流分量相等，各线圈的电感的基波幅值相等。
该旋转变压器共包括三套检测线圈系统，第一检测线圈系统包括绕在定子检测齿4101、4102、4103、4104上的线圈，第二检测线圈系统包括绕在定子检测齿4105、4106、4107、4108上的线圈，第三检测线圈系统包括绕在定子检测齿4109、4110、4111、4112上的线圈。三套检测线圈系统分别组成第一桥式电路、第二桥式电路和第三桥式电路。第一桥式电路、第二桥式电路和第三桥式电路连接后的电路示意图如图9所示，图9中靠近左侧的桥式电路为第一桥式电路，中间的桥式电路为第二桥式电路，靠近右侧的桥式电路为第三桥式电路。
图9中，第一桥式电路的桥臂XAC1由定子检测齿4101上的线圈构成，桥臂XAD1由定子检测齿4102上的线圈构成，桥臂XBC1由定子检测齿4103上的线圈构成，桥臂XBD1由定子检测齿4104上的线圈构成。第一桥式电路的4个连接节点A1、B1、C1、D1分别用4根引线引出，其中两根引线为励磁引线，另外两根引线为信号引线。
图9中，第二桥式电路的桥臂XAC2由定子检测齿4105上的线圈构成，桥臂XAD2由定子检测齿4106上的线圈构成，桥臂XBC2由定子检测齿4107上的线圈构成，桥臂XBD2由定子检测齿4108上的线圈构成。第二桥式电路的4个连接节点A2、B2、C2、D2分别用4根引线引出，其中两根引线为励磁引线，另外两根引线为信号引线。
图9中，第三桥式电路的桥臂XAC3由定子检测齿4109上的线圈构成，桥臂XAD3由定子检测齿4110上的线圈构成，桥臂XBC3由定子检测齿4111上的线圈构成，桥臂XBD3由定子检测齿4112上的线圈构成。第三桥式电路的4个连接节点A3、B3、C3、D3分别用4根引线引出，其中两根引线为励磁引线，另外两根引线为信号引线。
各套检测线圈系统之间，励磁引线独立，信号引线独立。在本发明中，也可以为各套检测线圈系统之间，励磁引线共用，信号引线独立。
本实施例中，旋转变压器的旋转角度检测原理如下：
令旋转变压器第一检测线圈系统的线圈4101、4102、4103、4104的电感分别为L4101、L4102、L4103、L4104。由图8可以看出随着转子的旋转角度的变化，各定子齿与转子凸极之间的间隙发生变化使得各线圈的电感随之变化，其变化周期为9。第一检测线圈系统的定子检测齿4101、4102、4103、4104上的线圈的电感随转子的旋转角度θm4变化可以分别表示为：
L4101＝L4+Lm4*sin(9θm4) 式(401)
L4102＝L4+Lm4*sin(9θm4+90) 式(402)
L4103＝L4+Lm4*sin(9θm4+180) 式(403)
L4104＝L4+Lm4*sin(9θm4+270) 式(404)
其中，L4为各电感的直流分量；
Lm4为各电感的基波幅值；
θm4为转子的旋转角度。
参照第一桥式电路：
由定子检测齿4101上的线圈构成的桥臂XAC1的电感L_AC1为：
L_AC1＝L4101＝L4+Lm4*sin(9θm4) 式(405)
由定子检测齿4102上的线圈构成的桥臂XAD1的电感L_AD1为：
L_AD1＝L4102＝L4+Lm4*sin(9θm4+90) 式(406)
由定子检测齿4103上的线圈构成的桥臂XBC1的电感L_BC1为：
L_BC1＝L4103＝L4+Lm4*sin(9θm4+180) 式(407)
由定子检测齿4104上的线圈构成的桥臂XBD1的电感L_BD1为：
L_BD1＝L4104＝L4+Lm4*sin(9θm4+270) 式(408)
由式(401)－式(408)可知，参照与第一实施例相同的计算方法，能够得到连接点C1和D1处的输出电压VC1和VD1之间存在以下关系：
VC1/VD1＝tan(9*θm4)
所以，通过测量桥式电路的接点的输出电压VC1和VD1，并计算出VC1/VD1，然后进行反正切计算等即可求出旋转角度θm4。
在本实施例中，参照图8，通过时控电路控制信号采集电路的采样节拍对反馈信号电压VC1和VD1进行采样，并将结果输出给角度计算电路，角度计算电路计算出VC1/VD1进行反正切计算即可求出旋转角度。
在本实施例里，转子凸极数为9，机械角度(即旋转变压器的旋转角度)θm4与电角度θe4的关系为θm4＝θe4/9。所以求得电角度θe4(即arctan(VC1/VD1))后除以9即可求出转子旋转角度θm4。
令旋转变压器第二检测线圈系统的定子检测齿4105、4106、4107、4108上的线圈的电感分别为L4105、L4106、L4107、L4108。由图8可以看出随着转子的旋转角度的变化，各定子齿与转子凸极之间的间隙发生变化使得各线圈的电感随之变化，其变化周期为9。第二检测线圈系统的定子检测齿4105、4106、4107、4108上的线圈的电感随转子的旋转角度θm4变化可以分别表示为：
L4105＝L4+Lm4*sin(9θm4) 式(409)
L4106＝L4+Lm4*sin(9θm4+90) 式(410)
L4107＝L4+Lm4*sin(9θm4+180) 式(411)
L4108＝L4+Lm4*sin(9θm4+270) 式(412)
参照第二桥式电路：
由定子检测齿4105上的线圈构成的桥臂XAC2的电感L_AC2为：
L_AC2＝L4105＝L4+Lm4*sin(9θm4) 式(413)
由定子检测齿4106上的线圈构成的桥臂XAD2的电感L_AD2为：
L_AD2＝L4106＝L4+Lm4*sin(9θm4+90) 式(414)
由定子检测齿4107上的线圈构成的桥臂XBC2的电感L_BC2为：
L_BC2＝L4107＝L4+Lm4*sin(9θm4+180) 式(415)
由定子检测齿4108上的线圈构成的桥臂XBD2的电感L_BD2为：
L_BD2＝L4108＝L4+Lm4*sin(9θm4+270) 式(416)
由式(409)－式(416)可知，参照与第一实施例相同的计算方法，能够得到连接点C2和D2处的输出电压VC2和VD2之间存在以下关系：
VC2/VD2＝tan(9*θm4)
所以，通过测量桥式电路的接点的输出电压VC2和VD2，并计算出VC2/VD2，然后进行反正切计算即可求出旋转角度θm4。
在本实施例中，参照图8，通过时控电路控制信号采集电路的采集节拍对反馈信号电压VC2和VD2进行采样，并将结果输出给角度计算电路，角度计算电路计算出VC2/VD2进行反正切计算等即可求出旋转角度。
在本实施例里，转子凸极数为9，机械角度(即旋转变压器的旋转角度)θm4与电角度θe4的关系为θm4＝θe4/9。所以求得电角度θe4(即arctan(VC2/VD2))后除以9即可求出转子旋转角度θm4。
令旋转变压器第三检测线圈系统的定子检测齿4109、4110、4111、4112上的线圈的电感分别为L4109、L4110、L4111、L4112。由图8可以看出随着转子的旋转角度的变化，各定子齿与转子凸极之间的间隙发生变化使得各线圈的电感随之变化，其变化周期为9。第三检测线圈系统的定子检测齿4109、4110、4111、4112上的线圈的电感随转子的旋转角度θm4变化可以分别表示为：
L4109＝L4+Lm4*sin(9θm4) 式(417)
L4110＝L4+Lm4*sin(9θm4+90) 式(418)
L4111＝L4+Lm4*sin(9θm4+180) 式(419)
L4112＝L4+Lm4*sin(9θm4+270) 式(420)
参照第三桥式电路：
由定子检测齿4109上的线圈构成的桥臂XAC3的电感L_AC3为：
L_AC3＝L4109＝L4+Lm4*sin(9θm4) 式(421)
由定子检测齿4110上的线圈构成的桥臂XAD3的电感L_AD3为：
L_AD3＝L4110＝L4+Lm4*sin(9θm4+90) 式(422)
由定子检测齿4111上的线圈构成的桥臂XBC3的电感L_BC3为：
L_BC3＝L4111＝L4+Lm4*sin(9θm4+180) 式(423)
由定子检测齿4112上的线圈构成的桥臂XBD3的电感L_BD3为：
L_BD3＝L4112＝L4+Lm4*sin(9θm4+270) 式(424)
由式(417)－式(424)可知，参照与第一实施例相同的计算方法，能够得到连接点C3和D3处的输出电压VC3和VD3之间存在以下关系：
VC3/VD3＝tan(9*θm4)
所以，通过测量桥式电路的接点的输出电压VC3和VD3，并计算出VC3/VD3，然后进行反正切计算等即可求出旋转角度θm4。
在本实施例中，参照图8，通过时控电路控制信号采集电路的采样节拍对反馈信号电压VC3和VD3进行采样，并将结果输出给角度计算电路，角度计算电路计算出VC3/VD3进行反正切计算等即可求出旋转角度。
在本实施例里，转子凸极数为9，机械角度(即旋转变压器的旋转角度)θm4与电角度θe4的关系为θm4＝θe4/9。所以求得电角度θe4(即arctan(VC3/VD3))后除以9即可求出转子旋转角度θm4。
本发明中，角度计算电路可以是具有反正切计算和除法计算的芯片。
由此可见，本实施例旋转变压器的三套检测线圈系统绕在同一定子上，可以同时独立检测该转子的旋转角度。该三套检测线圈系统中，可以将一个或者两个作为备用系统，在当前工作的检测线圈系统出现故障时启用；也可以三个检测线圈系统同时使用，检测结果相互比较。上述两种使用方式均可以极大地提高该旋转变压器的检测可靠性，且由于三套检测线圈系统处于共同的定子上，能够节省使用的旋转变压器的个数，从而大大节省了检测占用空间和成本。
第五实施例：
本实施例中，该角度检测设备包括旋转变压器系统和与其相连的信号处理装置，每个旋转变压器系统包括至少一个旋转变压器，各旋转变压器对应连接一个信号处理装置。从而，该角度检测设备中，旋转变压器的数量与信号处理装置的数量相同。本实施例中，该旋转变压器系统包括两个旋转变压器(第一旋转变压器和第二旋转变压器)，本实施例中该角度检测设备包括两个信号处理装置，分别连接第一旋转变压器和第二旋转变压器。这两个信号处理装置均与第一实施例中的信号处理装置相同(在本发明中，也可以采用第二实施例或第三实施例中所述的信号处理装置)。本实施例中，信号处理装置中励磁电路输出的励磁信号为正弦波信号(本发明中，也可以是矩形波信号)。本实施例中，信号采集电路为信号采样电路(本发明中，信号采集电路也可以是同步检波电路)。
第一旋转变压器的定子检测齿数为12，转子凸极数为1；第二旋转变压器的定子检测齿数为12，转子凸极数为9。第一旋转变压器和第二旋转变压器的转子同步转动。
图10a为本实施例中第一旋转变压器的定转子的截面示意图；图10b为本实施例中第二旋转变压器的定转子的截面示意图。第一旋转变压器和第二旋转变压器中，定子均包括定子铁心，转子均包括转子铁心，定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。第一旋转变压器和第二旋转变压器的12个定子检测齿沿所在的定子铁心内表面均匀分布；第二旋转变压器的9个转子凸极沿第二旋转变压器的转子铁心的外圆周均匀分布。
对于第一旋转变压器，每隔两个定子检测齿绕有1个线圈，12个定子检测齿上共有4个线圈，每个线圈绕在一个定子检测齿的绝缘骨架上(图10a中未示出)，4个绕有线圈的定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为5101A、5104A、5107A、5110A。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，通过电磁仿真选择转子凸极的形状，使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化。
本实施例的第一旋转变压器中，定子线圈共分为4组。每组定子线圈包括1个线圈，每个线圈的电感的直流分量相等，每个线圈的电感的基波幅值相等。各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路，图11所示为第一旋转变压器中桥式电路和第二旋转变压器中桥式电路连接后的电路图，其中靠近左侧的部分为第一旋转变压器中的桥式电路。图11中，桥式电路的桥臂XAC1由定子检测齿5101A上的线圈构成，桥臂XAD1由定子检测齿5104A上的线圈构成，桥臂XBC1由定子检测齿5107A上的线圈构成，桥臂XBD1由定子检测齿5110A上的线圈构成。桥式电路的4个接点A1、B1、C1、D1分别用4根引线引出作为第一旋转变压器的引线801A、802A、803A和804A，其中引线801A和802A为第一旋转变压器的励磁引线，引线803A和804A作为第一旋转变压器的信号引线引出。
对于第二旋转变压器，每个定子检测齿上绕有1个线圈，每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图10b中未示出)。12个定子检测齿上共有12个线圈沿圆周分布，12个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为5101B、5102B、5103B、5104B、5105B、5106B、5107B、5108B、5109B、5110B、5111B、5112B。为了附图的简洁起见，且由于定子检测齿的分布和附图标记是有规律的，因此在图10b中不一一标记各定子检测齿的附图标记，仅给出几个示例。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，通过电磁仿真选择转子凸极的形状，使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化。
本实施例的第二旋转变压器中，定子线圈共分为4组。每组定子线圈包括3个线圈，每个线圈的电感的直流分量相等，每个线圈的电感的基波幅值相等。各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路，图11中靠近右侧的为该桥式电路的电路图。图11中，该桥式电路的桥臂XAC2由定子检测齿5101B、5105B和5109B上的线圈串联构成，桥臂XAD2由定子检测齿5102B、5106B和5110B上的线圈串联构成，桥臂XBC2由定子检测齿5103B、5107B和5111B上的线圈串联构成，桥臂XBD2由定子检测齿5104B、5108B和5112B上的线圈串联构成。同一桥臂中各线圈的电感的基波相位相等，桥式电路的4个接点A2、B2、C2、D2分别用4根引线引出作为第二旋转变压器的引线801B、802B、803B和804B，其中引线801B和802B为第二旋转变压器的励磁引线，引线803B和804B作为第二旋转变压器的信号引线引出。
本实施例中，旋转变压器的旋转角度检测原理如下：
对于第一旋转变压器，令定子检测齿5101A、5104A、5107A、5110A上的线圈的电感分别为L501A、L504A、L507A和L510A。由图10a可以看出，随着转子的旋转角度的变化，各定子检测齿与转子凸极之间的间隙发生变化，使得各线圈的电感随之变化，其变化周期为1。各线圈的电感随转子的旋转角度θm5的变化可以分别表示为
L501A＝L5A+Lm5A*sin(θm5) 式(501)
L504A＝L5A+Lm5A*sin(θm5-90) 式(502)
L507A＝L5A+Lm5A*sin(θm5-180) 式(503)
L510A＝L5A+Lm5A*sin(θm5-270) 式(504)
其中，L5A为第一旋转变压器中各电感的直流分量；
Lm5A为第一旋转变压器中各电感的基波幅值；
θm5为转子的旋转角度。
参照图11的桥式电路的电路图，由定子检测齿5101A上的线圈构成的桥臂XAC1的电感L_AC1为：
L_AC1＝L501A＝L5A+Lm5A*sin(θm5) 式(505)
由定子检测齿5104A上的线圈构成的桥臂XAD1的电感L_AD1为：
L_AD1＝L504A＝L5A+Lm5A*sin(θm5-90) 式(506)
由定子检测齿5107A上的线圈构成的桥臂XBC1的电感L_BC1为：
L_BC1＝L507A＝L5A+Lm5A*sin(θm5-180) 式(507)
由定子检测齿5110A上的线圈构成的桥臂XBD1的电感L_BD1为：
L_BD1＝L510A＝L5A+Lm5A*sin(θm5-270) 式(508)
由式(501)－(508)可知，参照与第一实施例相同的计算方法，能够得到连接点C1和D1处的输出电压VC1和VD1之间存在以下关系：
VC1/VD1＝tan(θm5)
所以，通过测量桥式电路的接点的输出电压VC1和VD1，并计算出VC1/VD1，然后进行反正切计算等即可求出旋转角度θm5。
在本实施例中，参照图8，通过时控电路控制信号采集电路的采样节拍对反馈信号电压VC1和VD1进行采样，并将结果输出给角度计算电路，角度计算电路计算出VC1/VD1进行反正切计算即可求出旋转角度。
在本实施例里，转子凸极数为1，机械角度(即旋转变压器的旋转角度)θm5与电角度θe5的关系为θm5＝θe5。所以求得电角度θe5(即arctan(VC1/VD1))即求出了转子旋转角度θm5。
由此可见第一旋转变压器中，转子每旋转1周线圈的电感变化1个周期，可知上述求得的角度θm1在0-360度区间是单值的，由此可以用来检测转子的绝对旋转角度。
对于第二旋转变压器，令定子检测齿5101B、5102B、5103B、5104B、5105B、5106B、5107B、5108B、5109B、5110B、5111B、5112B上的线圈的电感分别为L501B、L502B、L503B、L504B、L505B、L506B、L507B、L508B、L509B、L510B、L511B和L512B。由图10b可以看出，随着转子的旋转角度的变化，各定子检测齿与转子凸极之间的间隙发生变化，使得各线圈的电感随之变化。各线圈的电感随转子的旋转角度θm5的变化可以分别表示为。
L501B＝L505B＝L509B＝L5B+Lm5B*sin(9θm5) 式(509)
L502B＝L506B＝L510B＝L5B+Lm5B*sin(9θm5+90) 式(510)
L503B＝L507B＝L511B＝L5B+Lm5B*sin(9θm5+180) 式(511)
L504B＝L508B＝L512B＝L5B+Lm5B*sin(9θm5+270) 式(512)
其中，L5B为第二旋转变压器的各电感的直流分量；
Lm5B为第二旋转变压器的各电感的基波幅值。
参照图11所示的桥式电路图，由定子检测齿5101B、5105B和5109B上的线圈构成的桥臂XAC2的电感L_AC2为：
L_AC2＝L501B+L505B+L509B＝3L5B+3Lm5B*sin(9θm5) 式(513)
由定子检测齿1102B、1106B和1110B上的线圈构成的桥臂XAD2的电感L_AD2为：
L_AD2＝L502B+L506B+L510B＝3L5B+3Lm5B*sin(9θm5+90) 式(514)
由定子检测齿5103B、5107B和5111B上的线圈构成的桥臂XBC2的电感L_BC2为：
L_BC2＝L503B+L507B+L511B＝3L5B+3Lm5B*sin(9θm5+180) 式(515)
由定子检测齿5104B、5108B和5112B上的线圈构成的桥臂XBD2的电感L_BD2为：
L_BD2＝L504B+L508B+L512B＝3L5B+3Lm5B*sin(9θm5+270) 式(516)
由式(509)-(516)可知，参照与第一实施例相同的计算方法，能够得到连接点C2和D2处的输出电压VC2和VD2之间存在以下关系：
VC2/VD2＝tan(9*θm5)
所以，通过测量桥式电路的接点的输出电压VC2和VD2，并计算出VC2/VD2，然后进行反正切计算即可求出旋转角度θm5。
在本实施例中，参照图11，通过时控电路控制信号采集电路的采样节拍对反馈信号电压VC2和VD2进行采样，并将结果输出给角度计算电路，角度计算电路计算出VC2/VD2进行反正切计算等即可求出旋转角度。
在本实施例里，转子凸极数为9，机械角度(即旋转变压器的旋转角度)θm5与电角度θe5的关系满足θm5＝θe5/9。所以求得电角度θe5(即arctan(VC2/VD2))后除以9即可求出转子旋转角度θm5。
由此可见，第二旋转变压器中，转子每旋转1周，线圈的电感变化9个周期，即转子每转40度位置信号变化1个周期，由此与第一旋转变压器的结果结合可以用来细分测试区间，大大提高检测精度。
本发明中，角度计算电路可以是具有反正切计算和除法计算的芯片。
在本发明中，当该角度检测设备包括两个或两个以上的旋转变压器(至少第一旋转变压器和第二旋转变压器)时，第一旋转变压器的转子包括且仅包括1个转子凸极；第二旋转变压器的转子包括2个或2个以上的转子凸极；至少第一旋转变压器的转子和第二旋转变压器的转子设置为同步转动。可以选择，第一旋转变压器的定子检测齿数为4*M，M为正整数；第二旋转变压器中，定子检测齿数为4*X，转子凸极数为(Y+1)；其中，X和Y为正整数。
第六实施例：
本实施例中，角度检测设备同样包括旋转变压器和与其相连的信号处理装置，其中信号处理装置与第一实施例中信号处理装置相同(本发明中，也可以采用与第二实施例或第三实施例相同的信号处理装置)。本实施例中，信号处理装置中励磁电路输出的励磁信号为正弦波信号(本发明中，也可以是矩形波信号)。
本实施例中，旋转变压器的定子检测齿数为4，转子凸极数为5。图12所示为该旋转变压器的定转子的截面示意图。定子包括定子轭和定子检测齿，定子检测齿设置在定子轭上；定子轭所跨越的角度小于360度，转子包括转子铁心。定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。本实施例中，5个转子凸极沿转子铁心表面圆周上均匀分布。4个定子检测齿沿定子轭的圆周表面分布，4个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为6101、6102、6103、6104。定子检测齿6101与定子检测齿6102之间的夹角为18度，定子检测齿6102与定子检测齿6103之间的夹角为18度，定子检测齿6103与定子检测齿6104之间的夹角为18度；在每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图12中未示出)。每个定子检测齿上绕有1个线圈，在定子检测齿6101的逆时针18度位置设有1个定子辅助齿6105，在定子检测齿6104的顺时针18度位置设有1个定子辅助齿6106。每个线圈匝数相同。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，通过电磁仿真选择转子凸极的形状，使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化。
本实施例中，共包括四组定子线圈。每组定子线圈包括1个线圈；四组定子线圈中，各组定子线圈的电感的相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路，该桥式电路的电路图可以借用第一实施例中桥式电路的电路图，即图3。但是此时，桥式电路的桥臂XAC由定子检测齿6101上的线圈构成，桥臂XAD由定子检测齿6102上的线圈构成，桥臂XBC由定子检测齿6103上的线圈构成，桥臂XBD由定子检测齿6104上的线圈构成。从桥式电路的4个接点A、B、C、D处分别用4根引线引出作为旋转变压器的引出线，其中两根引出线为励磁线，另外两根引出线为信号线。
在本实施例里，转子凸极数为5，通过与第一实施例中相似的计算能够得到，机械角度(即旋转角度)θm6与电角度θe6的关系为θm6＝θe6/5。所以求得电角度θe6(即arctan(VC/VD))后除以5即可求出转子旋转角度θm5。
本实施例中，信号采集电路为信号采样电路(本发明中，信号采集电路也可以是同步检波电路)。本发明中，角度计算电路可以是具有反正切计算和除法计算的芯片。
除了具有第一实施例的优点以外，本实施例还通过设置定子辅助齿(其上不缠绕线圈)，主动避免磁耦合干扰的方式，大大优化了旋转变压器的精度(若没有设置定子辅助齿，最外侧的定子检测齿与内侧的定子检测齿的磁阻会不一致，从而使得各定子检测齿上线圈的电感的基波幅值和直流分量不一致，对检测精度造成不利影响)，同时提高了其快速响应性能，简化了旋转变压器的系统结构。定子辅助齿设置在定子检测齿的外侧。定子辅助齿的材料为导磁材料。定子辅助齿上不缠绕线圈。
上述各实施例的旋转变压器中，转子均布置在定子的内部。在本发明中，转子也可以布置在定子的外部。
上述各实施例的旋转变压器中，均设置转子凸极的形状，以使得每个线圈的电感的变化部分随着转子的旋转角度的变化成正弦波变化。在本发明中，也可以设置转子凸极的形状，以使得每个线圈的电感的变化部分随着转子的旋转角度的变化成三角波变化。
本发明角度检测设备提出了一种能够为电感式旋转变压器，尤其是仅具有四根引线(两根为励磁引线，两根为信号引线)的电感式旋转变压器提供有效的信号处理的技术，能够有效地对电感式旋转变压器进行励磁和采样以及旋转角度计算，得到较为精确的旋转变压器的旋转角度。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种角度检测设备，其特征在于：包括旋转变压器和信号处理装置；所述旋转变压器包括至少四根引线，其中至少两根所述引线为励磁引线，至少两根所述引线为信号引线；所述信号处理装置包括励磁电路、信号采集电路、角度计算电路和时控电路，
所述励磁电路以连接所述励磁引线且为所述励磁引线提供励磁信号；
所述信号采集电路以连接所述信号引线且从所述信号引线采集所述旋转变压器的位置信号；所述位置信号为测量桥式电路的连接点C和D处的输出电压VC和 VD；
所述时控电路与所述励磁电路和所述信号采集电路均连接，以控制所述励磁电路提供所述励磁信号以及控制所述信号采集电路的信号采集节拍；
所述角度计算电路以连接所述信号采集电路并根据所述信号采集电路发来的所述位置信号计算所述旋转变压器的旋转角度；
其中，输出电压VC和VD之间存在以下关系：VC/ VD= tan(Q*θm) ，Q为转子凸极数，θm为旋转角度，通过时控电路控制信号采集电路的采样节拍对反馈信号电压VC和VD进行采样，并将结果输出给角度计算电路，角度计算电路计算出VC/ VD进行反正切计算即可求出旋转角度。
2.根据权利要求1所述的角度检测设备，其特征在于：所述信号采集电路为信号采样电路；或者，所述信号采集电路为同步检波电路。
3.根据权利要求1所述的角度检测设备，其特征在于：所述励磁信号为正弦波信号或者矩形波信号。
4.根据权利要求1所述的角度检测设备，其特征在于：所述信号处理装置包括两个所述信号采集电路。
5.根据权利要求1所述的角度检测设备，其特征在于：所述信号采集电路的输入端连接有带通滤波器，以对所述信号引线输出的信号进行滤波处理；所述信号处理装置包括两组所述带通滤波器和所述信号采集电路。
6.根据权利要求1所述的角度检测设备，其特征在于：所述信号采集电路和所述角度计算电路之间连接有低通滤波器，以对所述信号采集电路输出的信号进行低通滤波处理；
所述信号处理装置包括两组所述低通滤波器和所述信号采集电路。
7.根据权利要求1所述的角度检测设备，其特征在于：所述信号采集电路为模拟电路；
或者，所述信号采集电路为数字电路；
或者，所述信号采集电路为数字和模拟混合电路。
8.根据权利要求1所述的角度检测设备，其特征在于：所述角度计算电路为数字电路；
或者，所述角度计算电路为数字和模拟混合电路。
9.根据权利要求1所述的角度检测设备，其特征在于：所述旋转变压器包括定子和转子，定子包括定子轭和定子检测齿，所述定子检测齿设置在所述定子轭上；
转子包括转子铁芯，转子铁芯的表面设置有转子凸极；
定子检测齿数为4*P，P为正整数；转子凸极数为Q，Q为正整数；
Q大于1时，Q个所述转子凸极沿所述转子的圆周表面均匀分布；
所述定子轭和所述定子检测齿由导磁材料制成；所述转子铁芯由导磁材料构成；
每个所述定子检测齿上最多绕1个线圈；
所述旋转变压器包括至少一套检测线圈系统；每套检测线圈系统包括多个绕在所述定子检测齿上的线圈，所述线圈的电感随所述转子的旋转角度的变化而变化，以根据所述线圈的电感的变化检测所述转子的旋转角度。
10.根据权利要求9所述的角度检测设备，其特征在于：每套所述检测线圈系统中，多个所述线圈构成桥式电路，所述桥式电路的各桥臂由一个所述线圈构成或由多个所述线圈串联构成，从所述桥式电路的桥臂相交的接点处引出引线，作为励磁引线或信号引线；每套所述检测线圈系统既包含励磁引线，又包含信号引线；
各所述桥臂的线圈的合成电感的基波相位依次相差90度。
11.根据权利要求9所述的角度检测设备，其特征在于：每套所述检测线圈系统中：包括至少四组定子线圈，每组定子线圈包括至少一个所述线圈；所有组所述定子线圈组成桥式电路，每组定子线圈构成所述桥式电路的一个桥臂；所述桥式电路中，每两个相交的桥臂在相交处构成一个接点，从每个所述接点处引出一根引线。
12.根据权利要求9所述的角度检测设备，其特征在于：每套检测线圈系统均包括四组定子线圈，构成四桥臂的桥式电路，具有四个接点，从四个所述接点处引出四根引线，其中两根所述引线为励磁引线，另外两根所述引线为信号引线。
13.根据权利要求9所述的角度检测设备，其特征在于：所述定子还包括定子辅助齿，以改善磁路系统的对称性；所述定子辅助齿设置在所述定子检测齿的外侧；所述定子辅助齿的材料为导磁材料。
14.根据权利要求9所述的角度检测设备，其特征在于：所述定子还包括定子解耦齿，以减少绕有线圈的所述定子检测齿之间的磁耦合；所述定子解耦齿设置在绕有线圈的所述定子检测齿的两侧，绕有线圈的所述定子检测齿之间至少设置1个定子解耦齿；所述定子解耦齿的材料为导磁材料。
15.根据权利要求9所述的角度检测设备，其特征在于：所述定子轭所跨越的角度小于360度。
16.根据权利要求9所述的角度检测设备，其特征在于：所述转子布置在所述定子的内部；或者，所述转子布置在所述定子的外部。
17.根据权利要求9所述的角度检测设备，其特征在于：所述旋转变压器包括两套或两套以上的检测线圈系统；至少两套所述检测线圈系统的线圈设置在同一个定子上；
每套所述检测线圈系统连接有一个所述信号处理装置；
各套所述检测线圈系统之间，励磁引线共用，信号引线独立；
或者，各套所述检测线圈系统之间，励磁引线独立，信号引线独立。
18.根据权利要求9所述的角度检测设备，其特征在于：所述角度检测设备包括至少两个旋转变压器；所述角度检测设备包括与旋转变压器数目相等的信号处理装置；所述信号处理装置与所述旋转变压器一一对应地连接；
所述至少两个旋转变压器至少包括第一旋转变压器和第二旋转变压器；第一旋转变压器的转子包括且仅包括1个转子凸极；第二旋转变压器的转子包括2个或2个以上的转子凸极；至少第一旋转变压器的转子和第二旋转变压器的转子设置为同步转动；
第一旋转变压器的定子检测齿数为4*M，M为正整数；
第二旋转变压器中，定子检测齿数为4*X，转子凸极数为Y+1；其中，X和Y为正整数。
19.根据权利要求9-18中任一项所述的角度检测设备，其特征在于：设置所述转子凸极的形状，以使得每个所述线圈的电感的变化部分随着所述转子的旋转角度的变化成正弦波变化；
或者，设置所述转子凸极的形状，以使得每个所述线圈的电感的变化部分随着所述转子的旋转角度的变化成三角波变化。
20.根据权利要求10-12中任一项所述的角度检测设备，其特征在于：所述定子检测齿沿所述定子轭的更靠近所述转子的一侧的圆周表面分布，相邻的定子检测齿相隔设定的角度布置，以使得各所述桥臂上的线圈的合成电感的基波相位依次相差90度。
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