CN108027253B - 无刷旋转变压器及旋转角度检测装置 - Google Patents

无刷旋转变压器及旋转角度检测装置 Download PDF

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Abstract

一种无刷旋转变压器，具备设有单相励磁线圈的转子、和设有两相检测线圈的定子，转子安装于电动机的轴上，检测电动机的旋转角度，其中，绕轴卷绕有感应线圈。感应线圈与励磁线圈连接，将因流经轴的电动机的磁通的变化而在感应线圈中感生的电动势用作向励磁线圈提供的励磁信号。

Description

无刷旋转变压器及旋转角度检测装置
技术领域
本发明涉及一种对电动机的旋转角度进行检测的无刷旋转变压器及使用该无刷旋转变压器的旋转角度检测装置。
背景技术
作为无刷旋转变压器的现有例子，图1表示专利文献1中记载的结构，无刷旋转变压器由圆环状的旋转变压器13、圆环状的环形变压器20和导线27构成，其中，旋转变压器13配置于将成为旋转中心的轴11覆盖的筒状壳体12内，环形变压器20与旋转变压器13并列设置，导线27与旋转变压器13及环形变压器20电连接。
旋转变压器13由旋转变压器转子14和旋转变压器定子17构成，旋转变压器转子14以轴11为中心旋转自如，旋转变压器定子17固定于筒状壳体12。旋转变压器转子14通过在旋转变压器转子铁芯15上卷绕旋转变压器转子绕组16而构成，旋转变压器定子17通过在旋转变压器定子铁芯18上卷绕旋转变压器定子绕组19而构成。
在旋转变压器13为单相励磁两相输出的旋转变压器的情况下，旋转变压器转子绕组16为单相的分布绕组，旋转变压器定子绕组19为相互错开90电角度的两相的分布绕组(sin绕组和cos绕组)。在这种结构的旋转变压器13中，当旋转变压器转子14被来自环形变压器20的励磁信号励磁时，在旋转变压器定子17侧产生与旋转角对应的两个信号，能够根据这两个信号对旋转角进行运算。
环形变压器20由转子变压器21和定子变压器24构成，转子变压器21以轴11为中心旋转自如，定子变压器24固定于筒状壳体12。转子变压器21由圆环状的转子变压器铁芯22、和沿转子变压器铁芯22的周向卷绕多层绕组线而成的转子变压器绕组23构成，定子变压器24由圆环状的定子变压器铁芯25、和沿配置于定子变压器铁芯25内的绕线架的周向卷绕多层绕组线而成的定子变压器绕组26构成。
这样，通过构成环形变压器20，自导线27电传输到定子变压器24的励磁信号作为与定子变压器绕组26和转子变压器绕组23的匝数比对应的电压信号，以非接触的方式传递到转子变压器21侧。然后，该励磁信号电传输到与转子变压器21连接的旋转变压器转子14的旋转变压器转子绕组16，由此可通过旋转变压器13进行旋转位置的检测。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2010－101633号公报
发明内容
发明所要解决的课题
如上所述，现有的无刷旋转变压器中，为了向旋转变压器转子绕组供给励磁信号而采用环形变压器，相应地，零部件数量增加，耗费零部件成本及装配工时数。
本发明的目的在于，提供一种如下的无刷旋转变压器，即，无需环形变压器，与现有技术相比，能够削减零部件成本及装配工时数，能够以低成本构成，并进而提供一种使用该无刷旋转变压器而构成的旋转角度检测装置。
用于解决课题的技术方案
根据本发明，提供一种无刷旋转变压器，具备设有单相励磁线圈的转子、和设有两相检测线圈的定子，转子安装于电动机的轴上，检测电动机的旋转角度，其中，绕轴卷绕有感应线圈，感应线圈与励磁线圈连接，将因流经轴的电动机的磁通的变化而在感应线圈中感生的电动势用作向励磁线圈提供的励磁信号。
根据本发明，提供一种旋转角度检测装置，具备：上述的无刷旋转变压器；励磁信号分量提取电路，从两相检测线圈的输出信号中提取励磁信号分量并将其作为检波信号输出；角度运算电路，以上述检波信号对两相检测线圈的输出信号进行同步检波，以进行角度运算；角度保持电路，被输入由角度运算电路算出的转子的旋转角度及角速度；角度保持电路在被输入的角速度不为零时，输出被输入的旋转角度，在被输入的角速度为零时，输出前一瞬间被输入的旋转角度。
发明效果
根据本发明，能够无需设置现有技术中为了向设于转子上的励磁线圈提供励磁信号所必须的环形变压器，因此相应地，能够削减零部件成本及装配工时数，能够实现成本降低。
另外，由于不需要现有技术中所必须的用于生成励磁信号的励磁电路，故而在这一点上也能够实现成本降低。
附图说明
图1是表示无刷旋转变压器的现有例的单侧剖面图；
图2是表示本发明的无刷旋转变压器的一实施例的立体图；
图3是图2中的转子的立体图；
图4是图2中的定子的立体图；
图5是表示本发明的旋转角度检测装置的功能性结构例的框图。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施例。
图2表示本发明的单相励磁两相输出的无刷旋转变压器的一实施例，无刷旋转变压器30由形成圆环状的定子40、和位于定子40的内部空间的转子50构成。图3及图4将转子50和定子40分开进行表示。图2中，60表示供安装转子50的电动机的轴。
转子50形成圆筒状，在其中心轴方向的一方侧的外周面上，沿周向以等角度间隔排列的方式突出形成有齿51。该例中，齿51的数量设为八个。在各齿51上以规定的匝数和卷绕方向卷绕有单相励磁线圈52，虽省略详细图示，但这些励磁线圈52被串联连接。
另一方面，该例中，在转子50的中心轴方向的另一方侧的外周面上，形成有环状凹部53，形成有环状凹部53的转子50的另一方侧构成绕线架54。在绕线架54上卷绕有感应线圈55，虽省略详细图示，但感应线圈55与励磁线圈52串联连接。
在形成圆环状的定子40的内周面上，沿周向以等角度间隔排列的方式突出形成有齿41。该例中，齿41的数量设为十四个。虽将附图简化进行表示，但在齿41上卷绕有两相检测线圈(COS线圈、SIN线圈)42。COS线圈及SIN线圈以规定的匝数和卷绕方向分别卷绕于规定的齿41上，这些COS线圈被串联连接，这些SIN线圈也被串联连接。
如图2所示，转子50绕电动机的轴60被安装，绕转子50固定配置有定子40，以构成无刷旋转变压器30。转子50的由各齿51的突出端面51a构成的假想圆筒面的径向尺寸(转子外径)比定子40的由各齿41的突出端面41a构成的假想圆筒面的径向尺寸(定子内径)小规定量，由此，转子50能够在定子40的内部空间旋转。
与图1中表示的现有的无刷旋转变压器不同，具有上述结构的无刷旋转变压器30不具备用于向卷绕于转子50上的励磁线圈52提供励磁信号的环形变压器，而具备卷绕于在转子50上一体地形成的绕线架54上的感应线圈55。感应线圈55如此卷绕于转子50的绕线架54上，故而，其构成绕电动机的轴60沿轴60的周向卷绕的配置，因此，感应线圈55中因流经轴60的电动机的磁通的变化而感生电动势(感应电动势)。该例中，将感应线圈55中所感生的电动势用作向励磁线圈52提供的励磁信号。
因此，该例中，无需设置用于向励磁线圈52提供励磁信号的由多个零部件构成的环形变压器，相应地，能够削减零部件成本及装配工时数。另外，由于将感应线圈55中所感生的电动势用作励磁信号，故而，也能够不需要现有技术中所必须的用于生成励磁信号的励磁电路。
需要说明的是，上述例中，将卷绕感应线圈55的绕线架54在转子50上一体地形成，但也可以将绕线架54与转子50独立地形成。
因电动机的磁通的变化而在感应线圈55中感生的电动势、即上述无刷旋转变压器30中的励磁信号可表示为：
VE＝φ·2πf·K·cos(2πft)
其中，φ：磁通
f：转速
K：感应线圈匝数、由轴的截面面积确定的常数。
需要说明的是，流经轴60的电动机的磁通例如是指电动机的漏磁通，能够利用电动机的漏磁通来生成励磁信号，但不限于此，也考虑：例如，从电动机主动产生用于生成励磁信号的磁通。
然后，参照图5，对使用上述无刷旋转变压器30而构成的旋转角度检测装置的结构进行说明。
该例中，如图5所示，旋转角度检测装置由无刷旋转变压器30、励磁信号分量提取电路70、角度运算电路80、角度保持电路90构成。从无刷旋转变压器30的两相检测线圈(COS线圈、SIN线圈)42输出的两相的输出信号(COS信号、SIN信号)分别被输入励磁信号分量提取电路70及角度运算电路80。这些COS信号和SIN信号可由下式表示。
COS信号：VC＝A·cosωt·cosNθ
SIN信号：VS＝A·cosωt·sinNθ
其中，
Figure BDA0001597673450000051
ω＝2πf
T：变压比
N：轴倍角
θ：旋转角度
励磁信号分量提取电路70从被输入的COS信号、SIN信号中提取励磁信号分量。励磁信号分量通过进行下式的运算被提取。
Figure BDA0001597673450000052
励磁信号分量提取电路70将提取出的励磁信号分量作为检波信号向角度运算电路80输出。
角度运算电路80设为执行例如现有公知的环路跟踪方式的角度运算，以被输入的检波信号对被输入的COS信号、SIN信号进行同步检波，以进行角度运算。
这里，在电动机停止时磁通无变化，故而，无刷旋转变压器30的输出信号(COS信号、SIN信号)为零，不能进行角度运算。该例中，为了补偿上述电动机停止时的输出，具备角度保持电路90。
向角度保持电路90输入由角度运算电路80算出的转子50的旋转角度及角速度。角度保持电路90在被输入的角速度不为零时，输出被输入的旋转角度。另一方面，在被输入的角速度为零时，输出前一瞬间被输入的旋转角度。
通过采用如上述的结构，即使在电动机停止时，也能够检测转子50的旋转角度，即，能够检测电动机的旋转角度。
产业上的可利用性
本发明的无刷旋转变压器及旋转角度检测装置能够应用于混合动力汽车或电动汽车的电动机转子的旋转位置检测、或由电动机驱动的作业设备等各种设备的旋转位置检测。

Claims (3)

1.一种无刷旋转变压器，具备设有单相励磁线圈的转子、和设有两相检测线圈的定子，所述转子安装于电动机的轴上，检测所述电动机的旋转角度，其中，
绕所述轴卷绕有感应线圈，
所述感应线圈卷绕于在所述转子上一体地形成的绕线架上，
所述感应线圈与所述励磁线圈连接，
将因流经所述轴的所述电动机的磁通的变化而在所述感应线圈中感生的电动势用作向所述励磁线圈提供的励磁信号。
2.如权利要求1所述的无刷旋转变压器，其中，
所述电动机的磁通是所述电动机的漏磁通。
3.一种旋转角度检测装置，其中，具备：
权利要求1或2所述的无刷旋转变压器；
励磁信号分量提取电路，从所述两相检测线圈的输出信号中提取励磁信号分量并将其作为检波信号输出；
角度运算电路，以所述检波信号对所述两相检测线圈的输出信号进行同步检波，以进行角度运算；
角度保持电路，被输入由所述角度运算电路算出的所述转子的旋转角度及角速度；
所述角度保持电路在被输入的角速度不为零时，输出被输入的旋转角度，在被输入的角速度为零时，输出前一瞬间被输入的旋转角度。
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