CN110277889B - 一种定子永磁式旋转变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种定子永磁式旋转变压器，定子铁心上安装有永磁体，相邻永磁体的磁化方向相反；转子铁心外侧设有转子凸极，每一个转子凸极在垂直于转轴的平面上的投影均为朝向定子铁心凸起的弧线。本发明中，当转子高速运动时，不需要向励磁绕组输入高频信号，便可根据正弦反馈绕组和余弦反馈绕组获得的空载反电势信号测量转子位置，功耗低，而且解码简单。

Description

一种定子永磁式旋转变压器
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种定子永磁式旋转变压器。
背景技术
旋转变压器作为一种测量角度用的小型交流电动机，在电磁领域的应用非常普遍。
现有技术中，最常用的旋转变压器是磁阻式旋转变压器。常用的磁阻式旋转变压器由定子和转子组成，转子铁心穿插在多个定子齿围合形成的中心孔内，或者转子铁心内部设有轴向孔，定子穿插在所述轴向孔内。定子齿位于转子铁心和定子铁心之间并且与转子铁心之间形成气隙。
现有技术中，磁阻式旋转变压器通过在绕组中注入高频电压信号，以气隙磁阻调制而获得含有位置信息的反馈电信号，从而测量转子位置。然而这种方案在高速情况下需要极高频率的信号注入，并且需要极高性能的信号解码处理器，成本过高，不适合工程应用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种定子永磁式旋转变压器。
本发明提出的一种定子永磁式旋转变压器，转子铁心上设有多个沿着转轴方向延伸的转子凸极，每一个转子凸极在垂直于转轴的平面上的投影均为朝向定子铁心凸起的弧线，且所有转子凸极在垂直于转轴的平面上的投影弧线组成闭合曲线。
优选的，转子凸极的数量为奇数。
优选的，转子凸极在转子铁心上旋转对称。
优选的，定子上的正弦反馈绕组与余弦反馈绕组构成空间两相绕组，空间两相绕组的绕组磁场极对数为Nw，永磁体的磁极对数为NPM，转子凸极个数为Nr，Nr＝Nw+NPM。
优选的，永磁体在定子上交替布置以形成交替磁极。
优选的，定子齿沿圆周方向在定子上均匀分布。
优选的，正弦反馈绕组缠绕的定子齿和余弦反馈绕组缠绕的定子齿交替布置。
优选的，定子铁心和转子铁心均由硅钢片叠压形成。
优选的，转子铁心位于定子铁心内周。
优选的，定子铁心位于转子铁心内周。
本发明提出的一种定子永磁式旋转变压器，转子低速运动时，需向励磁绕组注入高频电压信号，在气隙中激发出高频磁场，转子凸极的旋转使得气隙磁阻发生变化，从而对高频磁场产生调幅作用，进而在正弦反馈绕组和余弦反馈绕组中感应出幅值随转子运动变化的电压信号，该电压信号的包络线即为转子位置信息；转子高速运动时，励磁线圈的高频激励电压信号关闭，由于转子凸极的运动使得永磁体产生的磁场高速变化，正弦反馈绕组和余弦反馈绕组通过磁场变化感应出空载反电势，从而分别输出正弦信号和余弦信号。此时，可通过正弦信号和余弦信号测量转子位置。即，当转子高速运动时，不需要向励磁绕组输入高频信号，便可根据正弦反馈绕组和余弦反馈绕组获得的空载反电势信号测量转子位置。
本发明提出的一种定子永磁式旋转变压器，由于在转子高速运动时不需要激励信号也可以工作，功耗低，而且解码简单。
附图说明
图1为本发明实施例提出的一种定子永磁式旋转变压器结构图；
图2为转子低速运动时的正弦信号和余弦信号的包络线示意图；
图3为转子高速运动时正弦信号和余弦信号的波形图。
定子1、定子铁心11、定子齿12、永磁体13、励磁绕组141、正弦反馈绕组142、余弦反馈绕组143、转子2、转子铁心21、转子凸极22、气隙3。
具体实施方式
本发明提出的一种定子永磁式旋转变压器，转子铁心21上设有多个沿着转轴方向延伸的转子凸极22，每一个转子凸极22在垂直于转轴的平面上的投影均为朝向定子铁心11凸起的弧线，且所有转子凸极22在垂直于转轴的平面上的投影弧线组成闭合曲线。
具体的，本发明可应用于转子位于定子内周的定子永磁式旋转变压器，也可应用于定子位于转子内周的定子永磁式旋转变压器。
以下结合一个具体的实施例，对本发明进行说明。
参照图1，本实施例中提出的一种定子永磁式旋转变压器，转子位于定子内周。具体的，本实施例中，定子包括定子铁心11、励磁绕组141、正弦反馈绕组142、余弦反馈绕组143和多个永磁体13。定子铁心11上设有多个定子齿12，各定子齿12均沿着定子铁心11半径反向延伸，且多个定子铁心11沿着定子铁心11圆周方向均匀分布。
本实施例中，沿定子铁心11圆周方向，定子齿分为奇数齿和偶数齿，奇数齿和偶数齿交替排列。励磁绕组141饶经所有定子齿12并在每一个定子齿12上形成一个励磁线圈，正弦反馈绕组142饶经所有奇数齿并在每一个奇数齿上形成一个正弦线圈，余弦反馈绕组143饶经所有的偶数齿并在每一个偶数齿上形成余弦线圈。多个永磁体13沿着圆周方向均匀分布在定子铁心11上，且磁极永磁体13在定子1上交替布置以形成交替磁极，即沿着定子铁心11圆周方向，相邻的永磁体13磁极相反排列。
本实施例中，转子铁心21安装在定子铁心11内周，转子铁心21与定子铁心11同轴设置。转子铁心21上设有多个沿着转轴方向延伸的转子凸极22，转子凸极22在垂直于转轴的平面上的投影均为朝向定子铁心11凸起的弧线，且所有转子凸极22在垂直于转轴的平面上的投影弧线组成闭合曲线。即本实施例中，转子铁心21配合转子凸极22形成穿插在定子铁心11轴向孔内的转子2，且转子外周呈现出沿着圆周方向起伏的波浪曲面。转子2与定子齿之间设有气隙。即转子的外接圆与定子齿12顶部所在圆之间有间隙。
如此，本实施例中，永磁体13激励产生恒定磁场，磁力线穿过励磁绕组141、正弦反馈绕组142、余弦反馈绕组143与转子铁心21；随着转子2转动，气隙3长度周期性变化，在正弦反馈绕组142与余弦反馈绕组143中的磁链也随之周期性变化；由于正弦反馈绕组142与余弦反馈绕组143的安装位置存在空间位置差，因此感应信号也同样相差一个相位角，如此，可根据感应信号和余弦信号来测量转子2位置。
具体的，本实施例中，当转子2低速运动时，通过在励磁绕组141中注入高频电压信号，进而从正弦反馈绕组142中获得高频的正弦信号，从余弦反馈绕组143中获得高频的余弦信号。如此，便可通过正弦信号与余弦信号的包络线测量转子位置。转子低速运动时，正弦反馈绕组142输出的正弦信号的包络线和余弦反馈绕组输出的余弦信号的包络线如图2所示。
当转子高速运动时，由于转子凸极22的运动使得永磁体13产生的磁场高速变化，正弦反馈绕组142和余弦反馈绕组143通过磁场变化感应出空载反电势，从而分别输出正弦信号和余弦信号。此时，可通过正弦信号和余弦信号测量转子位置。即，当转子高速运动时，不需要向励磁绕组141输入高频信号，便可根据正弦反馈绕组142和余弦反馈绕组143获得的空载反电势信号测量转子位置。具体的，转子高速运动时，正弦反馈绕组142输出的正弦信号和余弦反馈绕组输出的余弦信号如图3所示.
具体的，图1所示实施例中，转子凸极22的数量为奇数，且定子1上的正弦反馈绕组142与余弦反馈绕组143构成空间两相绕组，空间两相绕组的绕组磁场极对数为Nw，永磁体13的磁极对数为NPM，转子凸极22个数为Nr，Nr＝Nw+NPM。如此，本实施例中，正弦反馈绕组142与余弦反馈绕组143的信号相差45度电角度，属于准正交信号。具体实施时，通过正弦反馈绕组142与余弦反馈绕组143的不同设置方式，也可实现不同的相位角差值。具体的，由于转子凸极22的数量为奇数，通过正弦反馈绕组142和余弦反馈绕组143的不同设置方法，可使得正弦反馈绕组142输出的正弦信号和余弦反馈绕组143输出的余弦信号之间的相位差可实现除0度和180度以外的任意值。
具体实施时，为了保证随着转子2运动，永磁体13产生的磁场周期性变化，以提高测量精度，可进一步设置，转子凸极22在转子铁心21上旋转对称。
具体的，本实施例，定子铁心11和转子铁心21均由硅钢片叠压形成。具体的，定子铁心11与定子齿12一体成型，转子铁心21与转子凸极22一体成型。
本实施例中，永磁体13安装在定子铁心11的轭部，具体实施时，也可将永磁体13布置在定子齿12的中部或者定子齿12的顶部或者定子齿12上的其他位置，只要能通过永磁体13的磁场在正弦反馈绕组142和余弦反馈绕组143内产生正交或准正交的两相反电势即可达成位置测量的目的。
以上所述，仅为本发明涉及的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种定子永磁式旋转变压器，其特征在于，转子铁心(21)上设有多个沿着转轴方向延伸的转子凸极(22)，每一个转子凸极(22)在垂直于转轴的平面上的投影均为朝向定子铁心(11)凸起的弧线，且所有转子凸极(22)在垂直于转轴的平面上的投影弧线组成闭合曲线；
转子低速运动时，需向励磁绕组注入高频电压信号，在气隙中激发出高频磁场，转子凸极的旋转使得气隙磁阻发生变化，从而对高频磁场产生调幅作用，进而在正弦反馈绕组和余弦反馈绕组中感应出幅值随转子运动变化的电压信号，该电压信号的包络线即为转子位置信息；转子高速运动时，励磁线圈的高频激励电压信号关闭，由于转子凸极的运动使得永磁体产生的磁场高速变化，正弦反馈绕组和余弦反馈绕组通过磁场变化感应出空载反电势，从而分别输出正弦信号和余弦信号，此时，可通过正弦信号和余弦信号测量转子位置。
2.如权利要求1所述的定子永磁式旋转变压器，其特征在于，转子凸极(22)的数量为奇数。
3.如权利要求2所述的定子永磁式旋转变压器，其特征在于，转子凸极(22)在转子铁心(21)上旋转对称。
4.如权利要求2所述的定子永磁式旋转变压器，其特征在于，定子(1)上的正弦反馈绕组(142)与余弦反馈绕组(143)构成空间两相绕组，空间两相绕组的绕组磁场极对数为Nw，永磁体(13)的磁极对数为NPM，转子凸极(22)个数为Nr，Nr＝Nw+NPM。
5.如权利要求4所述的定子永磁式旋转变压器，其特征在于，永磁体(13)在定子(1)上交替布置以形成交替磁极。
6.如权利要求4所述的定子永磁式旋转变压器，其特征在于，定子齿(12)沿圆周方向在定子(1)上均匀分布。
7.如权利要求6所述的定子永磁式旋转变压器，其特征在于，正弦反馈绕组(142)缠绕的定子齿(12)和余弦反馈绕组(143)缠绕的定子齿(12)交替布置。
8.如权利要求1所述的定子永磁式旋转变压器，其特征在于，定子铁心(11)和转子铁心(21)均由硅钢片叠压形成。
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