CN110828151B - 一种轴向磁通永磁旋转变压器 - Google Patents

一种轴向磁通永磁旋转变压器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轴向磁通永磁旋转变压器，包括定子与转子；所述转子正对定子设置，且定子与转子之间有气隙，所述定子包括定子铁心、定子齿、永磁体以及多层PCB板，所述定子齿等间距设置在定子铁心的一面，所述永磁体等间距嵌入定子铁心轭部，所述多层PCB板设置在定子铁心设置有定子齿的一面，所述多层PCB板上设置有绕组，所述绕组包括交替设置的正弦反馈绕组与余弦反馈绕组，所述转子面向定子一侧呈波浪形曲面，凸起部分形成转子凸极。本发明转子高速运行中，无需注入高频电压信号，永磁体可以直接感应出正余弦反馈信号。

Description

一种轴向磁通永磁旋转变压器
技术领域
本发明属于磁通永磁电机，具体为一种轴向磁通永磁旋转变压器。
背景技术
目前电机驱动的位置反馈有测量式与估算式两种方法，其中运用到传感器的测量法常用的有增量式/绝对值式光电编码器或旋转变压器。编码器成本较高，使用寿命较短，在工作环境恶劣及高速、超高速的场合不适用。现有技术中，旋转变压器的应用非常普遍，其中径向式旋转变压器较为常见，但存在构造复杂，不易散热等缺点。
传统旋转变压器为绕线型旋转变压器，将线圈套在定子齿上。绕线型旋转变压器结构复杂，人工占比高，自动化程度较低，换型难度高，产品一致性差，稳定性差，潜在失效风险高。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种轴向磁通永磁旋转变压器。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种轴向磁通永磁旋转变压器，包括定子与转子；所述转子正对定子设置，且定子与转子之间有气隙，所述定子包括定子铁心、定子齿、永磁体以及多层PCB板，所述定子齿等间距设置在定子铁心的一面，所述永磁体等间距嵌入定子铁心轭部，所述多层PCB板设置在定子铁心设置有定子齿的一面，所述多层PCB板上设置有绕组，所述绕组包括交替设置的正弦反馈绕组与余弦反馈绕组，所述转子面向定子一侧呈波浪形曲面，凸起部分形成转子凸极。
优选地，所述转子凸极个数与永磁体个数相同。
优选地，所述永磁体个数、凸极个数均为偶数。
优选地，所述定子齿个数与永磁体个数成比例。
优选地，相邻两个永磁体间设置有4个定子齿。
优选地，所述绕组还包括激励绕组，所述正弦反馈绕组与余弦反馈绕组设置在多层PCB板靠近定子齿的k层，所述激励绕组均匀设置在多层PCB板剩余的n-k层，n为多层PCB板的总层数。
优选地，所述每层PCB板上的绕组个数与定子齿个数相同，且绕组正对定子齿设置。
优选地，所述气隙宽度在1mm以内。
优选地，所述定子铁心由硅钢片叠压而成。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明转子高速运行中，无需注入高频电压信号，永磁体可以直接感应出正余弦反馈信号，具有体积小、重量轻、便于维护、经济高效等显著优点；本发明采用PCB，避免了人工接线的差错，并实现电子元器件自动装插或贴装、自动焊锡、自动检测，保证了设备治疗量，提高了劳动生产率，降低成本，并便于维修。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1是本发明的轴向磁通永磁旋转变压器示意图。
图2是本发明的轴向磁通永磁旋转变压器爆炸示意图。
图3是本发明的轴向磁通永磁旋转变压器的定子、PCB、永磁体装配部分示意图。
图4是本发明的轴向磁通永磁旋转变压器工作原理示意图。
图5是本发明优选实例在高低速情况下的输出信号。
具体实施方式
如图1～3所示，一种轴向磁通永磁旋转变压器，包括定子1与转子2；所述转子2正对定子设置，且定子1与转子2之间有气隙3，所述定子1包括定子铁心11、定子齿12、永磁体13以及多层PCB板14，所述定子齿12等间距设置在定子铁心11的一面，所述永磁体13等间距嵌入定子铁心11轭部，所述多层PCB板14设置在定子铁心11设置有定子齿12的一面，所述多层PCB板14上设置有绕组，所述绕组包括交替设置的正弦反馈绕组与余弦反馈绕组，所述转子2面向定子一侧呈波浪形曲面，凸起部分形成转子凸极22。
进一步的实施例中，所述转子凸极22个数与永磁体13个数相同。
进一步的实施例中，所述永磁体13个数、凸极22个数均为偶数。
进一步的实施例中，所述定子齿12个数与永磁体13个数成比例。
进一步的实施例中，相邻两个永磁体13间设置有4个定子齿12。
进一步的实施例中，所述绕组还包括激励绕组，所述正弦反馈绕组与余弦反馈绕组设置在多层PCB板14靠近定子齿12的k层，所述激励绕组均匀设置在多层PCB板14剩余的n-k层，n为多层PCB板14的总层数。
进一步的实施例中，所述每层PCB板上的绕组个数与定子齿个数相同，且绕组正对定子齿设置。
进一步的实施例中，所述气隙3宽度在1mm以内。
进一步的实施例中，所述定子铁心11由硅钢片叠压而成。
在具体实施例中，可将定子铁心11设计为一个整体，在其中嵌入偶数个永磁体13，永磁体极性交替排列。
由于一个磁极下有四个定子齿12，因此相邻两个定子齿12的距离是90度电角度16，PCB14上排布的正弦反馈绕组与余弦反馈绕组交替布置于多层PCB板14上，所以正弦反馈绕组与余弦反馈绕组的反馈信号相差90度电角度，即正交。
如图4所示，随着转子2转动，定子永磁体13激励产生恒定磁场强度，磁力线穿过多层PCB板14与转子铁心21，气隙3长度产生周期性变化，在正弦反馈绕组与余弦反馈绕组中的磁链也随之产生周期性变化；根据上述原理，正弦反馈绕组与余弦反馈绕组感应出的信号正交。
如图5所示，低速下，通过在励磁绕组中注入高频电压信号，进而从正弦反馈绕组与余弦反馈绕组中获得高频反馈信号；如图5所示，高速下，关闭励磁绕组中高频电压信号后，通过定子上的初级永磁体13在正弦反馈绕组与余弦反馈绕组中感应出的空载反电动势。

Claims (7)

1.一种轴向磁通永磁旋转变压器，其特征在于，包括定子(1)与转子(2)；所述转子(2)正对定子设置，且定子(1)与转子(2)之间有气隙(3)，所述定子(1)包括定子铁心(11)、定子齿(12)、永磁体(13)以及多层PCB板(14)，所述定子齿(12)等间距设置在定子铁心(11)的一面，所述永磁体(13)等间距嵌入定子铁心(11)轭部，所述多层PCB板(14)设置在定子铁心(11)设置有定子齿(12)的一面，所述多层PCB板(14)上设置有绕组，
所述绕组包括交替设置的正弦反馈绕组与余弦反馈绕组，所述转子(2)面向定子一侧呈波浪形曲面，凸起部分形成转子凸极(22)，所述每层PCB板上的绕组个数与定子齿个数相同，且绕组正对定子齿设置；
所述绕组还包括激励绕组，所述正弦反馈绕组与余弦反馈绕组设置在多层PCB板(14)靠近定子齿(12)的k层，所述激励绕组均匀设置在多层PCB板(14)剩余的n-k层，n为多层PCB板(14)的总层数。
2.根据权利要求1所述的轴向磁通永磁旋转变压器，其特征在于，所述转子凸极(22)个数与永磁体(13)个数相同。
3.根据权利要求1或2所述的轴向磁通永磁旋转变压器，其特征在于，所述永磁体(13)个数、凸极(22)个数均为偶数。
4.根据权利要求1所述的轴向磁通永磁旋转变压器，其特征在于，所述定子齿(12)个数与永磁体(13)个数成比例。
5.根据权利要求4所述的轴向磁通永磁旋转变压器，其特征在于，相邻两个永磁体(13)间设置有4个定子齿(12)。
6.根据权利要求1所述的轴向磁通永磁旋转变压器，其特征在于，所述气隙(3)宽度在1mm以内。
7.根据权利要求1所述的轴向磁通永磁旋转变压器，其特征在于，所述定子铁心(11)由硅钢片叠压而成。
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