CN115276361A - 一种磁阻式旋转变压器的绕线方法 - Google Patents

一种磁阻式旋转变压器的绕线方法 Download PDF

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CN115276361A CN202210917199.9A CN202210917199A CN115276361A CN 115276361 A CN115276361 A CN 115276361A CN 202210917199 A CN202210917199 A CN 202210917199A CN 115276361 A CN115276361 A CN 115276361A
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霍海宽
张晓明
田原
许奇
谢孟纷
章世琦
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Abstract

本发明公开了一种磁阻式旋转变压器的绕线方法，其中励磁线圈分别绕制在第1、4、7、10个定子齿上，正弦线圈分别绕制在第2、6、8、12个所述定子齿上，其中第2、6个定子齿上正弦线圈的绕制方向与励磁线圈绕制方向相同，第8、12个定子齿上正弦线圈的绕制方向与励磁线圈绕制方向相反；余弦线圈分别绕制在第3、5、9、11个定子齿上，其中第5、9个定子齿上余弦线圈的绕制方向与励磁线圈绕制方向相同，第3、11个定子齿上余弦线圈的绕制方向与励磁线圈绕制方向相反。本发明用于降低磁阻式旋转变压器绕线的复杂度，减小定子体积，并使正弦线圈或余弦线圈分别产生期望的正弦、余弦波形信号。

Description

一种磁阻式旋转变压器的绕线方法
技术领域
本发明涉及旋转变压器领域，具体涉及一种磁阻式旋转变压器的绕线方法。
背景技术
在伺服控制系统中，为获得精确的角度位置信息需要对转子进行实时检测，磁阻式旋转变压器作为位置传感器具有结构简单、加工方便、可靠性好、抗干扰等优点，在国防、汽车、工业等领域应用极其广泛，有着很好的发展前景。
目前，为了消除电刷结构对测量精度的影响，磁阻式旋转变压器的励磁线圈与正余弦线圈全部绕制在定子上。励磁线圈主要采用等匝线圈，逐槽反向串联绕制在定子上，正余弦线圈主要采用等匝线圈或正弦线圈。其中采用等匝线圈的旋转变压器，正余弦线圈隔齿反向串联绕制在定子上，这样每个定子齿上均绕制有励磁线圈与正余弦线圈。然而这种方案也带来了新的技术问题：磁阻式旋转变压器的线圈绕制方式相对复杂，定子体积比较大。
因此对磁阻式旋转变压器的线圈进一步进行优化配置，降低磁阻式旋转变压器线圈绕制的复杂度，减小定子体积，改善输出波形成为亟待解决的问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种磁阻式旋转变压器的绕线方法，对磁阻式旋转变压器进行绕线，用于降低磁阻式旋转变压器绕线的复杂度。
本发明提供了一种磁阻式旋转变压器的绕线方法，所述磁阻式旋转变压器具有12个定子齿，且极对数为3，其中所述定子齿依次编号为1、2、……、12；所述磁阻式旋转变压器分别包括励磁线圈、正弦线圈、余弦线圈，每个所述定子齿上仅绕制一个所述励磁线圈、所述正弦线圈或所述余弦线圈。所述励磁线圈分别绕制在第1、4、7、10个所述定子齿上，每个所述定子齿上的所述励磁线圈绕制方向和匝数相同。
所述正弦线圈分别绕制在第2、6、8、12个所述定子齿上，其中第2、6个所述定子齿上所述正弦线圈的绕制方向与所述励磁线圈绕制方向相同，第8、12个所述定子齿上所述正弦线圈的绕制方向与所述励磁线圈绕制方向相反。
所述余弦线圈分别绕制在第3、5、9、11个所述定子齿上，其中第5、9个所述定子齿上所述余弦线圈的绕制方向与所述励磁线圈绕制方向相同，第3、11个所述定子齿上所述余弦线圈的绕制方向与所述励磁线圈绕制方向相反。
每个所述定子齿上的所述正弦线圈、所述余弦线圈的匝数相同。
每个所述定子齿上的所述正弦线圈、所述余弦线圈的匝数与所述励磁线圈的匝数不同。
第1、3、5、7、9、11个所述定子齿的宽度相同，第2、4、6、8、10、12个所述定子齿的宽度相同，第1、3、5、7、9、11个所述定子齿的宽度比第2、4、6、8、10、12个所述定子齿的宽度大。
所述磁阻式旋转变压器还包括定子铁心，所述定子齿设置在定子铁心上。
所述定子齿均沿着所述定子铁心半径向转子方向延伸，且各个所述定子齿沿着所述定子铁心圆周方向均匀分布。
本发明的有益技术效果是：
(1)本发明对磁阻式旋转变压器进行绕线优化配置，每个定子齿上仅绕制一个线圈，可以是一个励磁线圈、正弦线圈或余弦线圈，用于降低磁阻式旋转变压器绕线的复杂度，减小定子体积，并使正弦线圈或余弦线圈分别产生对应的正弦、余弦波形信号。
(2)本发明仅增加6个定子齿的宽度，平衡感应电动势中基波分量和恒定分量，改善正弦线圈或余弦线圈输出信号的标准度。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的磁阻式旋转变压器的绕线分析流程图；
图2为本发明提供的磁阻式旋转变压器的绕线结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
本发明提供了一种磁阻式旋转变压器的绕线方法，对磁阻式旋转变压器进行绕线，其中每个定子齿上仅绕制一个线圈，可以是一个励磁线圈、正弦线圈或余弦线圈，用于降低磁阻式旋转变压器绕线的复杂度，减小磁阻式旋转变压器体积，并使正弦线圈或余弦线圈分别产生对应的正弦、余弦波形信号。另外，本发明还增加6个定子齿的宽度，平衡感应电动势中基波分量和恒定分量，改善正弦线圈或余弦线圈输出信号的标准度。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
现有技术中磁阻式旋转变压器利用转子的凸极结构，使不同的转子角度对应不同的气隙磁导，随着转子匀速转动时，气隙磁通是转子位置的正余弦函数，使得定子两相信号线圈输出的感应电势呈正余弦不断变化，由于该结构旋转变压器利用的是磁阻效应，因此称为磁阻式旋转变压器。
针对磁阻式旋转变压器，当转子旋转时，使每一个定子齿下的气隙磁导为随转子电角度呈周期性变化的偶函数，用傅里叶级数表示第i个定子齿下的气隙磁导ρ(i)为：
Figure BDA0003776009860000041
其中，ρ0、ρμ为磁导的恒定分量、μ次谐波分量幅值，P为极对数，θ为转子位置机械角度，Zs为定子齿数。
进一步的，转子的外表面是经过优化设计后的特殊形状，使转子不同角度位置对应的径向气隙磁导成余弦分布，除恒定分量和基波分量以外不包含其他次谐波，气隙磁导ρ(i)可以简化为：
Figure BDA0003776009860000042
其中，ρ1为磁导的基波分量幅值。
由于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，即第i个定子齿下的磁通量为：
Figure BDA0003776009860000043
其中，
Figure BDA0003776009860000044
为磁通量的恒定分量幅值，
Figure BDA0003776009860000045
为磁通量的基波分量幅值。
在本发明中，磁阻式旋转变压器的绕线分析流程图如图1所示。为了降低磁阻式旋转变压器绕线的复杂度，减小磁阻式旋转变压器体积，假设每个定子齿上仅绕制一个线圈，可以是一个励磁线圈、正弦线圈或余弦线圈，因此可以得到励磁线圈的磁通量
Figure BDA0003776009860000046
正弦线圈或余弦线圈的磁通量
Figure BDA0003776009860000047
Figure BDA0003776009860000048
Figure BDA0003776009860000051
其中，
Figure BDA0003776009860000052
为励磁线圈磁通量的恒定分量幅值，
Figure BDA0003776009860000053
为励磁线圈磁通量的基波分量幅值，
Figure BDA0003776009860000054
为正弦线圈或余弦线圈磁通量的恒定分量幅值，
Figure BDA0003776009860000055
为正弦线圈或余弦线圈磁通量的基波分量幅值。
根据公式(4)可以推导得到定子齿上的励磁线圈的总磁链为：
Figure BDA0003776009860000056
其中，Ne为绕制励磁线圈的定子齿数，Nex为励磁线圈匝数。
在磁阻式旋转变压器中，励磁线圈自身产生的感应电动势应该保持不变，且与转子位置机械角度无关，即应使磁链λe公式中第二项
Figure BDA0003776009860000057
为零，进而磁链λe仅包括恒定分量，因此通过使励磁线圈对称配置于相应的定子齿上，以达到磁链λe公式中第二项
Figure BDA0003776009860000058
为零。
此时，为了进一步降低输出波形中谐波成分，应设置正弦线圈和余弦线圈平均分配到相邻两个励磁线圈之间。
针对正弦线圈和余弦线圈，磁通量
Figure BDA0003776009860000059
的公式(5)可变换为：
Figure BDA00037760098600000510
在本发明中，令定子齿数目为12、极对数P为3，则每个定子齿位置为0、30°、......、330°，进而可以推导得到每个定子齿上正弦线圈或余弦线圈的磁通量：
Figure BDA0003776009860000061
由于磁阻式旋转变压器中每相正弦线圈和余弦线圈输出感应电动势应分别呈正弦、余弦变化，因此所有定子齿上正弦线圈和余弦线圈磁通与线圈匝数的乘积，即对应的总磁链也应为正弦、余弦信号，进而可以根据公式(8)求得：
Figure BDA0003776009860000062
因此，按照上述公式(9)对磁阻式旋转变压器的正弦线圈和余弦线圈进行绕线，可以使得磁阻式旋转变压器中每相正弦线圈和余弦线圈输出感应电动势呈期望的正弦、余弦波形方式进行输出。
在本发明中，如图2所示，对磁阻式旋转变压器进行绕线，其中每个定子齿上仅绕制一个线圈，可以是一个励磁线圈、正弦线圈或余弦线圈，用于降低磁阻式旋转变压器绕线的复杂度，减小磁阻式旋转变压器体积，并使正弦线圈或余弦线圈分别产生对应的正弦、余弦波形信号。
该磁阻式旋转变压器具有12个定子齿，且极对数为3，其中定子齿依次编号为1、2、......、12。该磁阻式旋转变压器分别包括励磁线圈、正弦线圈、余弦线圈，每个定子齿上仅绕制一个励磁线圈、正弦线圈或余弦线圈。
如图2所示，励磁线圈分别绕制在第1、4、7、10个定子齿上，每个定子齿上的励磁线圈绕制方向和匝数相同。正弦线圈分别绕制在第2、6、8、12个定子齿上，其中第2、6个定子齿上正弦线圈的绕制方向与励磁线圈绕制方向相同，第8、12个定子齿上正弦线圈的绕制方向与励磁线圈绕制方向相反。余弦线圈分别绕制在第3、5、9、11个定子齿上，其中第5、9个定子齿上余弦线圈的绕制方向与励磁线圈绕制方向相同，第3、11个定子齿上余弦线圈的绕制方向与励磁线圈绕制方向相反。同时，每个定子齿上的正弦线圈、余弦线圈的匝数相同。
进一步的，每个定子齿上的正弦线圈、余弦线圈的匝数与励磁线圈的匝数不同。
在本发明的另一实施例中，磁阻式旋转变压器中第1、3、5、7、9、11个定子齿的宽度相同，第2、4、6、8、10、12个定子齿的宽度相同，第1、3、5、7、9、11个定子齿的宽度比第2、4、6、8、10、12个定子齿的宽度大。
在磁阻式旋转变压器中，随着定子齿的宽度增大，正余弦线圈中感应电动势的峰值明显增大，造成感应电动势中基波分量增大，相对于恒定分量的比例变大，降低了谐波含量，提高了正弦线圈或余弦线圈输出信号的标准度。因此本发明增大定子齿的宽度，改善正弦线圈或余弦线圈输出信号的标准度。
然而定子齿宽度过大，又会引起相邻定子齿之间的槽宽度过小，引起漏磁增大，造成恒定分量过大，同时为了使12个定子齿能够满足对称设置，因此本发明仅增大第1、3、5、7、9、11个定子齿的宽度，用于平衡感应电动势中基波分量和恒定分量。
在本发明的另一实施例中，磁阻式旋转变压器还包括定子铁心，定子齿设置在定子铁心上，各定子齿均沿着定子铁心半径向转子方向延伸，且各个定子齿沿着定子铁心圆周方向均匀分布。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种磁阻式旋转变压器的绕线方法，所述磁阻式旋转变压器具有12个定子齿，且极对数为3，其中所述定子齿依次编号为1、2、……、12；所述磁阻式旋转变压器分别包括励磁线圈、正弦线圈、余弦线圈，每个所述定子齿上仅绕制一个所述励磁线圈、所述正弦线圈或所述余弦线圈；其特征在于：
所述励磁线圈分别绕制在第1、4、7、10个所述定子齿上，每个所述定子齿上的所述励磁线圈绕制方向和匝数相同；
所述正弦线圈分别绕制在第2、6、8、12个所述定子齿上，其中第2、6个所述定子齿上所述正弦线圈的绕制方向与所述励磁线圈绕制方向相同，第8、12个所述定子齿上所述正弦线圈的绕制方向与所述励磁线圈绕制方向相反；
所述余弦线圈分别绕制在第3、5、9、11个所述定子齿上，其中第5、9个所述定子齿上所述余弦线圈的绕制方向与所述励磁线圈绕制方向相同，第3、11个所述定子齿上所述余弦线圈的绕制方向与所述励磁线圈绕制方向相反；
每个所述定子齿上的所述正弦线圈、所述余弦线圈的匝数相同。
2.根据权利要求1所述的磁阻式旋转变压器的绕线方法，其特征在于，每个所述定子齿上的所述正弦线圈、所述余弦线圈的匝数与所述励磁线圈的匝数不同。
3.根据权利要求2所述的磁阻式旋转变压器的绕线方法，其特征在于，第1、3、5、7、9、11个所述定子齿的宽度相同，第2、4、6、8、10、12个所述定子齿的宽度相同，第1、3、5、7、9、11个所述定子齿的宽度比第2、4、6、8、10、12个所述定子齿的宽度大。
4.根据权利要求3所述的磁阻式旋转变压器的绕线方法，其特征在于，所述磁阻式旋转变压器还包括定子铁心，所述定子齿设置在定子铁心上。
5.根据权利要求4所述的磁阻式旋转变压器的绕线方法，其特征在于，所述定子齿均沿着所述定子铁心半径向转子方向延伸，且各个所述定子齿沿着所述定子铁心圆周方向均匀分布。
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