CN110332949B - 一种旋转变压器及具有该旋转变压器的机械设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转变压器，包括定子、转子、支撑架和旋转体，定子为扇形定子，扇形定子安装于支撑架，转子安装于旋转体以使转子相对于定子转动设置。本发明中的旋转变压器采用扇形定子的结构，使扇形定子在安装的过程中，圆周方向存在间隙，允许圆周区域内存在其它干涉物，使扇形定子的安装过程简化；另外，在扇形定子拆卸的过程中，由于扇形定子所在圆周方向存在间隙，因此扇形定子的拆卸过程相对方便，不需要将整个支撑架与旋转体分离，简化了扇形定子的拆卸过程。另外，扇形定子在圆周方向所占的角度减小，使扇形定子中的绕组出现损伤的概率降低，降低了故障发生率；本发明还公开了一种包括上述旋转变压器的机械设备。

Description

一种旋转变压器及具有该旋转变压器的机械设备

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，更具体地说，涉及一种旋转变压器。此外，本发明还涉及一种具有上述旋转变压器的机械设备。

背景技术

旋转变压器是一种电磁式传感器，旋转变压器本质上是一种精密控制微电机，用于精密角度、位置和速度的检测，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，由定子01和转子组成，旋转变压器一般安装在电机尾端，由于结构限制，这类旋转变压器的定子01、转子最终都会做成环型，并且定子01、转子以同轴的方式套装于被测装置的外周部，如图1、图2所示。

现有技术中，旋转变压器的定子01的结构为完整的环形，且安装于支撑架上，当需要将定子01取出时，需要将支撑架取下之后才可以将定子01取出，但是有些情况下支撑架是不允许被取下的，因此使定子01的拆卸和安装非常困难。

综上所述，如何方便定子的拆卸和安装，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种旋转变压器，可以简化旋转变压器定子结构的拆卸和安装过程。

本发明的另一目的是提供一种具有上述旋转变压器的机械设备。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种旋转变压器，包括定子、转子、支撑架和旋转体，所述定子为扇形定子，所述扇形定子安装于所述支撑架，所述转子安装于所述旋转体以使所述转子相对于所述扇形定子转动设置。

优选的，所述支撑架与所述扇形定子可拆卸连接。

优选的，所述支撑架设置有用于安装所述扇形定子的安装孔，所述安装孔内设置有用于固定所述扇形定子的固定装置。

优选的，所述支撑架设置有用于使所述定子相对于所述支撑架定位安装的定位装置，所述定位装置设置于所述支撑架与所述扇形定子接触的端面。

优选的，所述扇形定子的扇形角度小于180°。

优选的，所述扇形定子设置于所述转子的外周部；或所述转子设置于所述扇形定子的外周部；或所述转子与所述扇形定子沿轴向设置。

优选的，所述扇形定子包括定子铁芯、第一检测绕组、第二检测绕组以及励磁绕组，所述第一检测绕组、所述第二检测绕组以及所述励磁绕组均缠绕设置于所述定子铁芯。

优选的，所述扇形定子包括定子铁芯、第一检测绕组、第二检测绕组以及励磁绕组，所述第一检测绕组、所述第二检测绕组以及所述励磁绕组均缠绕设置于所述定子铁芯和所述转子的转子铁芯。

一种机械设备，包括设备本体、旋转变压器以及将所述旋转变压器安装于所述设备本体的安装件，所述旋转变压器为上述任一项所述的旋转变压器。

优选的，所述设备本体为曳引机、电机、转台中的一种。

本发明提供的旋转变压器，包括定子、转子、支撑架和旋转体，定子为扇形定子，扇形定子安装于支撑架，转子安装于旋转体以使转子相对于扇形定子转动设置。

相比于现有技术，本发明中的旋转变压器采用扇形定子的结构，使扇形定子在安装的过程中，圆周方向存在间隙，允许圆周区域内存在其它干涉物，使扇形定子的安装过程简化；另外，在扇形定子拆卸的过程中，由于扇形定子所在圆周方向存在间隙，因此扇形定子的拆卸过程相对方便，不需要将整个支撑架与旋转体分离，简化了扇形定子的拆卸过程。

另外，相比于现有技术，扇形定子在圆周方向所占的角度减小，使扇形定子中的绕组出现损伤的概率降低，降低了故障发生率；并且扇形定子相比于现有技术中的环状定子，体积减小，可以减少原材料的利用，降低材料成本，并且有利于实现轻量化。

此外，本发明还提供了一种包括上述旋转变压器的机械设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中定子与转子的结构示意图；

图2为现有技术中旋转变压器的装配结构示意图；

图3为本发明所提供的旋转变压器中扇形定子的具体实施例一的结构示意图；

图4为图3所示扇形定子与转子的轴测图；

图5为图3所示扇形定子中铁芯的结构示意图；

图6为本发明所提供的旋转变压器中扇形定子的具体实施例二的结构示意图；

图7为图6所示扇形定子与转子的轴测图；

图8为图6所示扇形定子中铁芯的结构示意图；

图9为图6中的扇形定子安装于旋转变压器的装配图；

图10为图9中旋转变压器的轴测图；

图11为图10中旋转变压器的剖视图。

图1-11中：

01为定子、1为扇形定子、11为定子铁芯、2为转子、3为支撑架、31为安装孔、4为旋转体、5为转轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种旋转变压器，可以简化定子的安装和拆卸过程。本发明的另一核心是提供一种包括上述旋转变压器的机械设备。

请参考图1-11，图1为现有技术中定子与转子的结构示意图；图2为现有技术中旋转变压器的装配结构示意图；图3为本发明所提供的旋转变压器中扇形定子的具体实施例一的结构示意图；图4为图3所示扇形定子与转子的轴测图；图5为图3所示扇形定子中铁芯的结构示意图；图6为本发明所提供的旋转变压器中扇形定子的具体实施例二的结构示意图；图7为图6所示扇形定子与转子的轴测图；图8为图6所示扇形定子中铁芯的结构示意图；图9为图6中的扇形定子安装于旋转变压器的装配图；图10为图9中旋转变压器的轴测图；图11为图10中旋转变压器的剖视图。

本具体实施例提供的旋转变压器，包括定子、转子2、支撑架3和旋转体4，定子为扇形定子1，扇形定子1安装于支撑架3，转子2安装于旋转体4以使转子2相对于扇形定子1转动设置。

需要进行说明的是，如图11所示，旋转体4绕转轴5转动设置，转子2设置于旋转体4，优选的，转子2通过固定安装于旋转体4，可以通过螺栓连接，也可以采用过盈配合，具体根据实际情况确定。

扇形定子1可拆卸的设置于支撑架3，优选的，支撑架3为板状结构，且设置于转轴5长度方向的两端，扇形定子1与支撑架3之间可以通过螺栓连接，当然，也可以是其它满足要求的连接方式。

相比于现有技术，本发明中的旋转变压器采用扇形定子1的结构，使扇形定子1在安装的过程中，圆周方向存在间隙，允许圆周区域内存在其它干涉物，使扇形定子1的安装过程较简单，对环境的要求降低，从而使扇形定子1的安装过程简化；另外，在扇形定子1拆卸的过程中，由于扇形定子1所在圆周方向存在间隙，因此只需将位于圆周方向部分位置的扇形定子1取出，使扇形定子1的拆卸过程相对方便，不需要将整个支撑架3与旋转体4分离，简化了扇形定子1的拆卸过程。

另外，相比于现有技术，扇形定子1在圆周方向所占的角度减小，使扇形定子1中的绕组出现损伤的概率降低，降低了故障发生率；使旋转变压器的质量更加可靠；尤其是适用于大型的旋转变压器时，本具体实施例中的旋转变压器的优势更为明显。

并且扇形定子1相比于现有技术中的环状定子，体积减小，可以减少原材料的利用，降低材料成本，并且有利于实现轻量化。

需要进行说明的是，扇形定子1的扇形角可以是小于360°的任一角度，另外，此处所说的扇形并不是严格意义的扇形，扇形定子1的外圈可以是直线，也可以是曲线等非圆弧线。

优选的，扇形定子1的扇形角度小于180°。

在上述实施例的基础上，为了进一步简化扇形定子1的拆卸、安装过程，可以使支撑架3与扇形定子1可拆卸连接。

需要进行说明的是，扇形定子1可以可拆卸的安装于支撑架3的表面，也可以在支撑架3设置用于安装扇形定子1的安装孔31，安装孔31内设置有用于使扇形定子1固定安装于支撑架3的固定装置。

在使用的过程中，当需要对扇形定子1进行安装时，可以将扇形定子1由安装孔31放入，使扇形定子1放置于与支撑架3配合的安装位置，然后将扇形定子1固定；当需要对扇形定子1进行拆卸时，可以先解除扇形定子1与支撑架3之间的连接，然后将扇形定子1由安装孔31取出，完成拆卸。

优选的，安装孔31的横截面为与扇形定子1的形状尺寸相配合的扇形，横截面为垂直于支撑架3厚度方向的截面。

为了方便扇形定子1的安装和拆卸，可以使安装孔31的尺寸略大于扇形定子1的尺寸；另外，为了避免拆卸、安装扇形定子1的过程中造成划伤，可以在安装孔31的边缘设置倒角，倒角的具体尺寸需要根据实际情况确定。

当然，安装孔31也可以是满足要求的其它形状，安装孔31可以贯穿支撑架3的厚度方向，也可以为具有底面的凹槽；或者安装孔31可以贯穿支撑架3的侧边，当然还可以是其它满足要求的设计，具体根据实际情况确定，在此不做赘述。

优选的，为了使扇形定子1的安装位置更加准确，可以在支撑架3设置用于使定子相对于支撑架3定位安装的定位装置，定位装置设置于支撑架3与扇形定子1接触的端面。

需要进行说明的是，定位装置可以是凹陷设置于支撑架3与扇形定子1接触端面的定位凹槽，也可以是凸出设置于支撑架3与扇形定子1接触端面的凸台，还可以是固定设置的定位销，当然，也可以是其它定位结构，具体根据实际情况确定，在此不做赘述。

在上述实施例的基础上，为了使扇形定子1能够适应种类更多的旋转变压器，可以使扇形定子1设置于转子2的外周部；或使转子2设置于扇形定子1的外周部；或者使转子2与扇形定子1沿轴向设置；当然，具体如何设置，需要根据实际情况确定。

在上述实施例的基础上，可以使扇形定子1包括定子铁芯11、第一检测绕组、第二检测绕组以及励磁绕组，第一检测绕组、第二检测绕组以及励磁绕组均缠绕设置于定子铁芯11，或者第一检测绕组、第二检测绕组以及励磁绕组均缠绕设置于定子铁芯11和转子2的转子铁芯。

定子铁芯11设置有多个齿，第一检测绕组、第二检测绕组以及励磁绕组均缠绕设置于定子铁芯11的齿的外周部。

具有扇形定子1的旋转变压器的原理可行性分析：

传统旋转变压器：定子齿数为i，检测绕组的输出电压为：

u_s＝e_s1+e_s2+e_s3+…+e_si＝E_m*sin Pθ

u_c＝e_c1+e_c2+e_c3+…+e_ci＝E_m*cos Pθ

当旋转变压器定子的形状改为扇形结构时，定子齿数为k，检测绕组上的输出电压如下：

u_SS＝e_ss1+e_ss2+e_ss3+…+e_ssk＝E_m*sin Pθ

u_CC＝e_cc1+e_cc2+e_cc3+…+e_cck＝E_m*cos Pθ

需要进行说明的是，相比于传统的定子01为环状结构的旋转变压器，本申请文件中的旋转变压器中的扇形定子1与转子2不再是整个圆周区域都发生电磁感应，而仅在定子铁芯11区域发生电磁感应。发生电磁感应的区域内的转子2的凸极数为p′，可以根据p′设计发生电磁感应区域内的绕组排布，这与传统旋转变压器的设计类似。

传统旋转变压器整个圆周都是电磁感应区域，但是本发明中的旋转变压器中非封闭结构定子上靠近电磁感应区域与非感应区域临界区域的齿由于定子铁芯11和空气磁导率不同，磁感线的路径会与在其它齿的路径不同，可以通过增加额外的齿和绕组调整的方式使输出电压满足函数关系，实现旋转变压器的输出信号特性。

具有扇形定子1的磁阻式旋转变压器的可行性分析：

转子的外表面是设计成特殊形状，使转子不同角度位置对应的径向气隙磁导成余弦分布即：Λ＝Λ₀+Λ₁cosPθ

在激磁电压幅值不变的情况下，激磁电流将为定值，不随转子转角的变化而变化。激磁绕组在恒压源的作用下，气隙合成磁通不变：

总激磁磁势为：

由于激磁绕组在每个定子齿上的匝数相同，因此每个齿产生的激磁磁势都相同，为：

定子每一个齿下的激磁磁通为：Φ_i＝F_iΛ_i，

由上述公式可见，每个定子齿下的激磁磁通随转子位置的变化情况与该齿下的磁导变化相同。第i个齿下的磁通量为：

以激磁绕组和正余弦信号绕组均为集中等匝为例，当然不限于集中等匝的情况，如：N_si＝N_msin(2Pπ/(i-1)，将每一相信号绕组在所绕制的定子上匝链的磁链相累加，两相绕组磁链可以为：

则正余弦信号绕组输出电势分别为：

其幅值可以表示为：

E_s＝E_m sin Pθ

E_c＝E_mcos Pθ

因此当不考虑漏磁场等影响，输出电势的幅值与转子转角θ成正余弦函数关系。

当激磁电压为u₁＝U₁sinωt时，转子旋转，获得两相信号绕组的输出电压为：

其中K为变压比，U₁为输入电压幅值，ω为激磁频率，θ为转子转角。

需要进行说明的是，本申请文件中提到的扇形定子1，可以适用于磁阻式旋转变压器、无刷式旋转变压器、双通道式旋转变压器等。

在设计旋转变压器的过程中，首先，确定旋转变压器的转子2极对数p，并根据极对数设计转子2的形状，然后初步确定定子角度θ₁，计算得到定子极对数P，确保定子极对数P为整数；综合考虑定子极对数P、定子扇形的角度θ₁、定子加工工艺情况，确定定子铁芯11的绕组的齿槽数Z_S1；确定定子铁芯11最终槽数为Z_S2，确定最终定子铁芯11的扇形角度θ，最后在定子齿上绕制激磁绕组、正弦输出绕组、余弦输出绕组，对扇形的旋转变压器定子的两端绕组进行技术上的处理，以满足产品电气误差要求。

按照上述设计方式，可以对旋转变压器的扇形定子1及转子2进行设计，例如：旋转变压器的转子2极对数为40，转子2形状设计为有40个凸形结构；初步确定定子扇形角度为θ＝90°；确定定子极对数为10；确定定子铁芯11最终槽数为Z_S2＝26；确定定子扇形角度为θ＝97.5°；在Z_S1个齿上绕制正弦输出绕组、余弦输出绕组，在Z_S2个齿上绕制激磁绕组。

又例如：旋转变压器的转子2极对数为40，转子2形状设计为有40个凸形结构；初步确定定子扇形角度为θ＝45°；确定定子极对数为5；确定定子铁芯11最终槽数为Z_S2＝14；确定定子扇形角度为θ＝52.5°；在Z_S1个齿上绕制正弦输出绕组、余弦输出绕组，在Z_S2个齿上绕制激磁绕组。

除了上述旋转变压器，本发明还提供一种包括上述实施例公开的具有上述旋转变压器的机械设备，该机械设备包括设备本体、旋转变压器以及将旋转变压器安装于设备本体的安装件，该机械设备中的旋转变压器为上述任一项提到的旋转变压器。

需要进行说明的是，机械设备可以是应用于电梯的曳引机，也可以是应用于机床的电机或转台，当然，还可以是其它设备，具体根据实际情况确定，此处不再一一赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本发明所提供的旋转变压器及具有该旋转变压器的机械设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种旋转变压器，包括定子、转子(2)、支撑架(3)和旋转体(4)，其特征在于，所述定子为扇形定子(1)，所述扇形定子(1)安装于所述支撑架(3)，所述转子(2)安装于所述旋转体(4)以使所述转子(2)相对于所述扇形定子(1)转动设置；

所述支撑架(3)与所述扇形定子(1)可拆卸连接；

所述支撑架(3)设置有用于安装所述扇形定子(1)的安装孔(31)，所述安装孔(31)内设置有用于固定所述扇形定子(1)的固定装置；

所述支撑架(3)设置有用于使所述定子相对于所述支撑架(3)定位安装的定位装置，所述定位装置设置于所述支撑架(3)与所述扇形定子(1)接触的端面；

所述扇形定子(1)的扇形角度小于180°；

所述扇形定子(1)设置于所述转子(2)的外周部；或所述转子(2)设置于所述扇形定子(1)的外周部；或所述转子(2)与所述扇形定子(1)沿轴向设置；

所述扇形定子(1)包括定子铁芯(11)、第一检测绕组、第二检测绕组以及励磁绕组，所述第一检测绕组、所述第二检测绕组以及所述励磁绕组均缠绕设置于所述定子铁芯(11)；

所述扇形定子(1)包括定子铁芯(11)、第一检测绕组、第二检测绕组以及励磁绕组，所述第一检测绕组、所述第二检测绕组以及所述励磁绕组缠绕设置于所述定子铁芯(11)和所述转子(2)的转子铁芯。

2.一种机械设备，其特征在于，包括设备本体、旋转变压器以及将所述旋转变压器安装于所述设备本体的安装件，所述旋转变压器为上述权利要求1所述的旋转变压器。

3.根据权利要求2所述的机械设备，其特征在于，所述设备本体为曳引机、电机、转台中的一种。