CN117470281A - 一种用于角度传感器的电磁结构及角度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于角度传感器的电磁结构及角度传感器，其中，用于角度传感器的电磁结构包括：定子组件包括定子磁芯和定子绕组，定子绕组设于定子磁芯一侧，定子绕组包括定子激磁绕组和定子角度绕组，定子激磁绕组和定子角度绕组层叠设置；定子激磁绕组用于连接外部电源；转子组件包括转子磁芯和转子绕组，转子绕组设于转子磁芯的一侧，转子绕组位于定子绕组远离定子磁芯的一侧；定子绕组和转子绕组之间形成气隙；转子绕组包括转子激磁绕组和转子角度绕组，转子激磁绕组和转子角度绕组层叠设置；转子激磁绕组和转子角度绕组电性连接。本发明的技术方案使定子激磁绕组、转子激磁绕组共用气隙，使电磁结构的结构更加紧凑，缩小电磁结构的整体体积。

Description

一种用于角度传感器的电磁结构及角度传感器

技术领域

本发明涉及传感设备技术领域，特别涉及一种用于角度传感器的电磁结构及角度传感器。

背景技术

对于汽车和机器人这类移动的系统，需要利用全局效应的传感器，传感器可以弱化机械震动对角度信号的干扰。但高精度的传感器中，因为绕组较多、电磁结构复杂，存在着体积较大、制作困难和成本较高等问题。一般使用无刷转子绕组结构来实现角度检测，因为这种结构具有维修简单和可靠性好的优点。使用无刷转子绕组结构的传感器比利用气隙磁阻变化进行位置检查的磁阻式旋变的精度高。但使用无刷转子绕组结构的传感器，因为转子上需要安装绕组以产生与转子位置相关的磁场，必须使用环形变压器这样的结构来传递激磁能量至转子上；这就造成传感器存在体积大的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种用于角度传感器的电磁结构，旨在解决现有的传感器存在体积大的问题。

为实现上述目的，本发明提出的用于角度传感器的电磁结构，包括：

定子组件，包括定子磁芯和定子绕组，所述定子绕组设于所述定子磁芯一侧，所述定子绕组包括定子激磁绕组和定子角度绕组，所述定子激磁绕组和所述定子角度绕组层叠设置；所述定子激磁绕组用于连接外部电源；

转子组件，包括转子磁芯和转子绕组，所述转子绕组设于所述转子磁芯的一侧，所述转子绕组位于所述定子绕组远离所述定子磁芯的一侧；所述定子绕组和所述转子绕组之间形成气隙；所述转子绕组包括转子激磁绕组和转子角度绕组，所述转子激磁绕组和所述转子角度绕组层叠设置；所述转子激磁绕组和所述转子角度绕组电性连接。

可选地，所述定子激磁绕组和所述定子角度绕组、所述转子激磁绕组和所述转子角度绕组设置于不同层的电路板上；和/或，

所述定子角度绕组包括定子角度正弦绕组和定子角度余弦绕组，所述定子角度正弦绕组和所述定子角度余弦绕组之间设有电角度位差。

可选地，所述定子激磁绕组包括第一激磁绕组、第二激磁绕组和第一电路板，所述第一激磁绕组和所述第二激磁绕组均设于所述第一电路板上，所述第一电路板上设有第一连接孔和第一电连接部，所述第一激磁绕组的一端与所述第一电连接部连接；所述第一激磁绕组的另一端通过所述第一连接孔与所述第二激磁绕组的一端电性连接，所述第二激磁绕组的另一端与所述第一电连接部连接，所述第一电连接部用于连接外部电源。

可选地，所述定子角度正弦绕组包括第一角度绕组、第二角度绕组和第三电路板，所述第一角度绕组和所述第二角度绕组均设于所述第三电路板的上，所述第三电路板上设有第三连接孔和第三电连接部，所述第一角度绕组与所述第三电连接部连接；所述第一角度绕组通过所述第三连接孔与所述第二角度绕组电性连接，所述第二角度绕组与所述第三电连接部电性连接；

所述定子角度余弦绕组包括第三角度绕组、第四角度绕组和第五电路板，所述第三角度绕组和所述第四角度绕组均设于所述第五电路板上，所述第五电路板上设有第四连接孔和第四电连接部，所述第三角度绕组与所述第四电连接部连接；所述第三角度绕组通过所述第四连接孔与所述第四角度绕组电性连接。

可选地，所述转子激磁绕组包括第三激磁绕组、第四激磁绕组和第七电路板，所述第三激磁绕组和所述第四激磁绕组均设于所述第七电路板的一侧表面，所述第七电路板上设有第五连接孔和第五电连接部，所述第三激磁绕组的一端与所述第五电连接部连接；所述第三激磁绕组的另一端通过所述第五连接孔与所述第四激磁绕组的一端电性连接，所述第四激磁绕组的另一端与所述第五电连接部电性连接，所述第五电连接部与所述转子角度绕组电性连接。

可选地，所述转子角度绕组包括第五角度绕组、第六角度绕组和第九电路板，所述第五角度绕组和所述第六角度绕组设于所述第九电路板上，所述第九电路板上设有第七连接孔和第七电连接部，所述第五角度绕组与所述第七电连接部连接；所述第五角度绕组和所述第六角度绕组通过所述第七连接孔与所述第六角度绕组电性连接。

可选地，所述用于角度传感器的电磁结构包括M组定子激磁绕组、N组定子角度绕组；其中M、N均为正整数；不同的所述定子角度绕组之间设有第二角度差；所述第一角度绕组和所述第二角度绕组之间设有第三角度差，所述第三角度绕组与所述第四角度绕组之间设有第四角度差；所述用于角度传感器的电磁结构包括P组转子激磁绕组、Q组转子角度绕组，其中P、Q均为正整数，不同的转子角度绕组之间设有第五角度差；所述第五角度绕组和所述第六角度绕组之间设第六角度差。

可选地，所述转子磁芯和所述定子磁芯均采用磁导率大于100的铁磁性材料制作而成。

可选地，所述定子激磁绕组包括自中心向边缘环绕的环形绕组，所述定子角度绕组和所述转子角度绕组均包括两个以中心对称设置的半环形绕组。

本发明还提出一种角度传感器，包括如上文所述的用于角度传感器的电磁结构。

本发明的技术方案通过把定子磁芯、定子激磁绕组、定子角度绕组、转子激磁绕组和转子角度绕组层叠设置，并且在定子绕组和转子绕组之间形成有气隙，外部电源为定子激磁绕组提供激磁电流，使得定子激磁绕组在气隙产生交变的激磁磁场，交变的激磁磁场通过定子磁芯、转子磁芯与转子激磁绕组连接，并使转子激磁绕组上产生感应电势；由于转子激磁绕组与转子角度绕组连接，所以转子角度绕组中产生交变电流，并且在气隙中产生交变磁场，交变磁场使定子角度绕组产生感应电势。由于定子激磁绕组、转子激磁绕组构成的激磁绕组和定子角度绕组、转子角度绕组构成的角度绕组共用一个区域的气隙，使电磁结构的结构更加紧凑，实现缩小电磁结构的整体体积的目的。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明用于角度传感器的电磁结构一实施例的内部结构示意图。

图2为本发明用于角度传感器的电磁结构一实施例的结构示意图。

图3为本发明用于角度传感器的电磁结构一实施例的定子激磁绕组的结构示意图。

图4为本发明用于角度传感器的电磁结构一实施例的定子角度绕组的结构示意图。

图5为本发明用于角度传感器的电磁结构一实施例的转子激磁绕组的结构示意图。

图6为本发明用于角度传感器的电磁结构一实施例的转子角度绕组的结构示意图。

图7为本发明用于角度传感器的电磁结构另一实施例的转子角度绕组的结构示意图。

附图标号说明：

1-定子组件；11-定子磁芯；

12-定子绕组；121-定子激磁绕组；

1211-第一激磁绕组；1212-第二激磁绕组；

1213-第一电路板；12131-第一连接孔；

12132-第一电连接部；1214-第二电路板；

12141-第二连接孔；12142-第二电连接部；

122-定子角度绕组；1221-定子角度正弦绕组；

12211-第一角度绕组；12212-第二角度绕组；

12213-第三电路板；122131-第三连接孔；

122132-第三电连接部；12214-第四电路板；

122141-第八连接孔；1222-定子角度余弦绕组；

12221-第三角度绕组；12222-第四角度绕组；

12223-第五电路板；122231-第四连接孔；

122232-第四电连接部；21124-第六电路板；

211241-第九连接孔；2-转子组件；

21-转子磁芯；22-转子绕组；

221-转子激磁绕组；2211-第三激磁绕组；

2212-第四激磁绕组；2213-第七电路板；

22131-第五连接孔；22132-第五电连接部；

2214-第八电路板；22141-第六连接孔；

22142第六电连接部；222-转子角度绕组；

2221-第五角度绕组；2222-第六角度绕组；

2223-第九电路板；22231-第七连接孔；

22232-第七电连接部；2224-第十电路板；

22241-第十一连接孔；2225-第七角度绕组；

2226-第八角度绕组；3-气隙；

4-激磁磁场的磁力线。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作出创造性劳动的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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种用于角度传感器的电磁结构。

参照图1至图7，在本发明一实施例中，该用于角度传感器的电磁结构，包括定子组件1和转子组件2，定子组件1包括定子磁芯11和定子绕组12，定子绕组12设于定子磁芯11一侧，定子绕组12包括定子激磁绕组121和定子角度绕组122，定子激磁绕组121和定子角度绕组122层叠设置；定子激磁绕组121用于连接外部电源；转子组件2包括转子磁芯21和转子绕组22，转子绕组22设于转子磁芯21的一侧，转子绕组22位于定子绕组12远离定子磁芯11的一侧；定子绕组12和转子绕组22之间形成气隙3；转子绕组22包括转子激磁绕组221和转子角度绕组222，转子激磁绕组221和转子角度绕组222层叠设置；转子激磁绕组221和转子角度绕组222电性连接。

通过把定子磁芯11、定子激磁绕组121、定子角度绕组122、转子激磁绕组221和转子角度绕组222层叠设置，并且在定子绕组12和转子绕组22之间形成有气隙3，外部电源为定子激磁绕组121提供激磁电流，使得定子激磁绕组121在气隙3产生交变的激磁磁场，交变的激磁磁场通过定子磁芯11、转子磁芯21与转子激磁绕组221连接，并使转子激磁绕组221上产生感应电势；由于转子激磁绕组221与转子角度绕组222连接，所以转子角度绕组222中产生交变电流，并且在气隙3中产生交变磁场，交变磁场使定子角度绕组122产生感应电势。由于定子激磁绕组121、转子激磁绕组221构成的激磁绕组和定子角度绕组122、转子角度绕组222构成的角度绕组共用一个区域的气隙3，使用于角度传感器的电磁结构的结构更加紧凑，实现缩小用于角度传感器的电磁结构的整体体积的目的。

可选地，参照图3至图6，定子激磁绕组121和定子角度绕组122、转子激磁绕组221和转子角度绕组222设置于不同层的电路板上。

上述结构中，定子磁芯11、定子激磁绕组121、定子角度绕组122、转子激磁绕组221和转子角度绕组222均为层叠设置，并产生轴向的激磁磁场和交变磁场，定子激磁绕组121、定子角度绕组122、转子激磁绕组221和转子角度绕组222均可以通过设置在不同层的电路板上，使得定子激磁绕组121、定子角度绕组122、转子激磁绕组221和转子角度绕组222可以精准实现，使得电磁结构的结构精度得到提高；当该电磁结构运用于传感器中的时候，还能提高传感器的测量精度。

因为激磁磁场的正交特性，激磁磁场无法在定子角度绕组122和转子角度绕组222上感应出反电势，因此由于定子激磁绕组121、转子激磁绕组221构成的激磁绕组和定子角度绕组122、转子角度绕组222构成的角度绕组之间互不干扰。也就是说，定子激磁绕组121和转子激磁绕组221在切向的等效的磁极对数为0，但在径向的磁极对数为1，因而激磁磁场不会在定子角度绕组122和转子角度绕组222的角度绕组上感应出反电势。需要说明的是，轴向为垂直于定子磁芯11、定子激磁绕组121、定子角度绕组122、转子激磁绕组221和转子角度绕组222的方向，径向是指与定子磁芯11、定子激磁绕组121、定子角度绕组122、转子激磁绕组221和转子角度绕组222的环绕轨迹的半径方向相一致或相反的方向；切向是指与定子磁芯11、定子激磁绕组121、定子角度绕组122、转子激磁绕组221和转子角度绕组222的环绕曲线轨迹的切线方向相一致的方向。

可选地，转子激磁绕组221与转子角度绕组222电性连接。转子角度绕组222接收转子激磁绕组221所提供的激磁电流，转子角度绕组222在气隙3中产生与转子角度信息相关的轴向的交变磁场，也就是上文所说的轴向的交变磁场，轴向的交变磁场与定子角度正弦绕组1221和定子角度余弦绕组1222形成连接。因而转子激磁绕组221中的反电势会在转子角度绕组222中产生交流电流，并且当用于角度传感器的电磁结构运用于传感器中，转子角度绕组222产生切向的磁极对数为1的交变磁场。转子角度绕组222在切向上所产生的交变磁场的磁极对数为1，交变磁场与激磁磁场呈正交状态，因此互不干扰。但转子角度绕组222所产生的一对磁极的交变磁场与同样是磁极对数为1的定子角度正弦绕组1221和定子角度余弦绕组1222能够有效地形成连接，并且在定子角度正弦绕组1221和定子角度余弦绕组1222上产生与转子角度位置相关的感应电势。

可选地，参照图4，定子角度绕组122包括定子角度正弦绕组1221和定子角度余弦绕组1222，定子角度正弦绕组1221和定子角度余弦绕组1222之间设有电角度位差。

上述结构中，定子角度正弦绕组1221所产生的反电势的幅值与转子角度绕组222之间的反电势的幅值呈正弦关系，定子角度余弦绕组1222所产生的反电势的幅值与转子角度绕组222之间的反电势的幅值呈正弦关系，这种关系可以用来对转子组件2的角度进行高精度的检测。若将定子角度正弦绕组1221和定子角度余弦绕组1222的端部与外电路连接，就可以对这两个绕组的反电势信号进行分析，进而计算出转子组件2的转动角度。

参照图3，定子激磁绕组121包括第一激磁绕组1211（图3中a图）、第二激磁绕组1212（图3中b图）、第一电路板1213，第一激磁绕组1211和第二激磁绕组1212均设于第一电路板1213上，第一电路板1213上设有第一连接孔12131和第一电连接部12132，第一激磁绕组1211的一端与第一电连接部12132连接；第一激磁绕组1211的另一端通过第一连接孔12131与第二激磁绕组1212的一端电性连接，第二激磁绕组1212的另一端与第一电连接部12132电性连接，第一电连接部12132用于连接外部电源。第一激磁绕组1211和第二激磁绕组1212通过印刷设置于第一电路板1213上。

可选地，参照图3，定子激磁绕组121包括第一激磁绕组1211（图3中a图）、第二激磁绕组1212（图3中b图）、第一电路板1213和第二电路板1214，第一激磁绕组1211设于第一电路板1213的一侧表面，第一电路板1213上设有第一连接孔12131和第一电连接部12132，第一激磁绕组1211的一端与第一电连接部12132连接；第二电路板1214位于第一电路板1213的一侧，第二激磁绕组1212设于第二电路板1214的一侧表面；第二电路板1214上设有第二连接孔12141和第二电连接部12142，第一激磁绕组1211的另一端通过第一连接孔12131和第二连接孔12141与第二激磁绕组1212的一端电性连接，第二激磁绕组1212的另一端与第二电连接部12142连接，第一电连接部12132和第二电连接部12142用于连接外部电源。

第一激磁绕组1211通过印刷设置于第一电路板1213上，第二激磁绕组1212通过印刷设置于第二电路板1214上；第一激磁绕组1211的一端穿过第一连接孔12131与第二激磁绕组1212连接。由半径最大的弧形导线逐渐过渡至半径最小的弧形导线，弧形导电集中于第一电路板1213的内孔和外周之间的区域内，以最大限度地使该区域内产生有效的激磁磁场。其中第二电路板1214上设有第二连接孔12141，第二连接孔12141位于半径最小的弧形导线路径上，便于第一激磁绕组1211的一端穿过第一连接孔12131后，再穿过第二连接孔12141与第二激磁绕组1212连接。另外，第一激磁绕组1211的一端与第二激磁绕组1212的一端连接，第一激磁绕组1211的一端的另一端与第一电连接部12132连接，第二激磁绕组1212的另一端与第二电连接部12142连接，第一电连接部12132和第二电连接部12142分别与外部电源连接。另外，第一激磁绕组1211与第二激磁绕组1212之间的连接方式为串联或并联；第一激磁绕组1211与第二激磁绕组1212所产生磁场均为轴向磁场，两个激磁磁场之间具有互相增强的关系。

可选地，参照图3至图6，定子激磁绕组121包括自中心向边缘环绕的环形绕组，定子角度绕组122和转子角度绕组222均包括两个以中心对称设置的半环形绕组。

其中第一激磁绕组1211和第二激磁绕组1212均由多段圆弧导线构成，由半径最大的圆弧导线逐渐过渡至半径最小的圆弧导线，其中第一电路板1213上设有第一连接孔12131，第二电路板1214上设有第二连接孔12141，第一连接孔12131位于第一激磁绕组1211的半径最小的弧形导线路径上，第二连接孔12141位于第二激磁绕组1212的半径最小的弧形导线路径上，第一激磁绕组1211的一端穿过第一连接孔12131和第二连接孔12141与第二激磁绕组1212电性连接。

可选地，定子角度正弦绕组1221包括第一角度绕组12211（图4中a）、第二角度绕组12212（图4中b）和第三电路板12213，第一角度绕组12211设于第三电路板12213上，第三电路板12213上设有第三连接孔122131和第三电连接部122132，第一角度绕组12211与第三电连接部122132连接；第一角度绕组12211通过第三连接孔122131与第二角度绕组12212电性连接。第一角度绕组12211和第二角度绕组12212均通过印刷层叠在设置第三电路板12213的一侧表面，或分别印刷在第三电路板12213的两侧表面上。

可选地，参照图4，定子角度正弦绕组1221包括第一角度绕组12211（图4中a）、第二角度绕组12212（图4中b）、第三电路板12213和第四电路板12214，第一角度绕组12211设于第三电路板12213的一侧表面，第三电路板12213上设有第三连接孔122131和第三电连接部122132，第一角度绕组12211与第三电连接部122132连接；第四电路板12214位于第三电路板12213的一侧，第二角度绕组12212设于第四电路板12214的一侧表面；第四电路板12214上设有第八连接孔122141，第一角度绕组12211通过第三连接孔122131和第八连接孔122141与第二角度绕组12212电性连接，所述第二角度绕组12212与所述第三电连接部122132电性连接。

用于角度传感器的电磁结构可以包括多组定子激磁绕组121、多组定子角度绕组122、多组转子激磁绕组221、多组转子角度绕组222。定子角度正弦绕组1221由磁对数为1的集中绕组或行波绕组所构成；第一角度绕组12211和第二角度绕组12212之间通过第三连接孔122131连接，另外，第三电连接部122132包括第一输入端和第一输出端，第一输入端与第一角度绕组12211 电性连接，第一输出端与第二角度绕组12212电性连接。

第一角度绕组12211通过印刷设置于第三电路板12213上，第二角度绕组12212通过印刷设置于第二电路板1214上；其中第一激磁绕组1211由多段半弧形导线构成，由半径最大的弧形导线逐渐过渡至半径最小的弧形导线，其中第一电路板1213上设有第一连接孔12131，第一连接孔12131位于半径最小的弧形导线路径上，第一激磁绕组1211的一端穿过第一连接孔12131与第二激磁绕组1212电性连接。当定子角度正弦绕组1221在切向的磁极对数为1时，用于角度传感器的电磁结构用于传感器中可实现对于角度的检测。当定子角度正弦绕组1221的磁极对数为大于1的正整数时，用于角度传感器的电磁结构用于传感器中可实现增量角的检测。

定子角度余弦绕组1222包括第三角度绕组12221（图4中c）、第四角度绕组12222（图4中d）和第五电路板12223，第三角度绕组12221设于第五电路板12223的一侧表面，第五电路板12223上设有第四连接孔122231和第四电连接部122232，第三角度绕组12221与第四电连接部122232连接；第三角度绕组12221通过第四连接孔122231与第四角度绕组12222电性连接。第三角度绕组12221（图4中c）和第四角度绕组12222（图4中d）在设置第五电路板12223的一侧表面，或分别印刷在第五电路板12223的两侧表面上。

可选地，参照图4，定子角度余弦绕组1222包括第三角度绕组12221（图4中c）、第四角度绕组12222（图4中d）、第五电路板12223和第六电路板21124，第三角度绕组12221设于第五电路板12223的一侧表面，第五电路板12223上设有第四连接孔122231和第四电连接部122232，第三角度绕组12221与第四电连接部122232连接；第六电路板21124位于第五电路板12223的一侧，第四角度绕组12222设于第五电路板12223的一侧表面；第六电路板21124设有第九连接孔211241，第三角度绕组12221通过第四连接孔122231和第九连接孔211241与第四角度绕组12222电性连接。

第三角度绕组12221通过印刷设置于第五电路板12223上，第四角度绕组12222通过印刷设置于第六电路板21124上；其中第三激磁绕组2211由多段半弧形导线构成，由半径最大的半弧形导线逐渐过渡至半径最小的半弧形导线，其中第五电路板12223上设有第四连接孔122231，第四连接孔122231位于半径最小的半弧形导线路径上，第三激磁绕组2211的一端穿过第四连接孔122231与第四激磁绕组2212电性连接。当定子角度余弦绕组1222在切向方向的磁极对数与定子角度正弦绕组1221的磁极对数相等。定子角度正弦绕组1221与定子角度余弦绕组1222之间存在90°的电角度位差。第三角度绕组12221、第四角度绕组12222之间设有第四角度差，第四角度差大小由在其整体反电势中要消除的高次谐波数量决定。

定子角度绕组122采用180°的整距绕组的设置形式，也可以采用波绕组或者分数槽集中绕组的设置形式，形成在切向的磁极对数为1的绕组结构，并且定子角度绕组122以及设置在电路板上。

可选地，转子激磁绕组221包括第三激磁绕组2211（图5中a）、第四激磁绕组2212（图5中b）和第七电路板2213，第三激磁绕组2211和第四激磁绕组2212均设于第七电路板2213上，第七电路板2213上设有第五连接孔22131和第五电连接部22132，第三激磁绕组2211的一端与第五电连接部22132连接；第三激磁绕组2211的另一端通过第五连接孔22131与第四激磁绕组2212的一端电性连接，第四激磁绕组2212的另一端与第五电连接部22132连接，第五电连接部22132与转子角度绕组222电性连接。第三激磁绕组2211（图5中a）和第四激磁绕组2212（图5中b）在设置第七电路板2213的一侧表面，或分别印刷在第七电路板2213的两侧表面上。

可选地，参照图5，转子激磁绕组221包括第三激磁绕组2211（图5中a）、第四激磁绕组2212（图5中b）、第七电路板2213和第八电路板2214，第三激磁绕组2211设于第七电路板2213的一侧表面，第七电路板2213上设有第五连接孔22131和第五电连接部22132，第三激磁绕组2211的一端与第五电连接部22132连接；第八电路板2214位于第七电路板2213的一侧，第四激磁绕组2212设于第八电路板2214的一侧表面；第八电路板2214上设有第六连接孔22141和第六电连接部22142，第三激磁绕组2211的另一端通过第五连接孔22131和第六连接孔22141与第四激磁绕组2212的一端电性连接，第四激磁绕组2212的另一端与第六电连接部22142连接，第六电连接部22142与转子角度绕组222电性连接。

第三激磁绕组2211通过印刷设置于第七电路板2213上，第四激磁绕组2212通过印刷设置于第八电路板2214上；第三激磁绕组2211的一端穿过第五连接孔22131与第四激磁绕组2212连接。第三激磁绕组2211和第四激磁绕组2212均由半径最大的弧形导线逐渐过渡至半径最小的弧形导线，弧形导电集中于第七电路板2213或第八电路板2214的内孔和外周之间的区域内，以最大限度地使该区域内产生有效的激磁磁场。其中第七电路板2213上设有第六连接孔22141，第六连接孔22141位于半径最小的弧形导线路径上，便于第三激磁绕组2211的一端穿过第五连接孔22131后，再穿过第六连接孔22141与第四激磁绕组2212连接。另外，第三激磁绕组2211的一端与第四激磁绕组2212的一端连接，第三激磁绕组2211的一端的另一端与第五电连接部22132连接，第二激磁绕组1212的另一端与第六电连接部22142连接。另外，第一激磁绕组1211与第二激磁绕组1212之间的连接方式为串联或并联；第一激磁绕组1211与第二激磁绕组1212所产生磁场均为轴向磁场，两个激磁磁场之间具有互相增强的关系。需要说明的是，定子激磁绕组121和转子激磁绕组221的中心同轴设置。

可选地，转子角度绕组222包括第五角度绕组2221（图6中a）、第六角度绕组2222（图6中b）和第九电路板2223，第五角度绕组2221设于第九电路板2223上，第九电路板2223上设有第七连接孔22231和第七电连接部22232，第五角度绕组2221与第七电连接部22232连接；第五角度绕组2221通过第七连接孔22231与第六角度绕组2222电性连接；第七电连接部22232与第六电连接部22142电性连接。第五角度绕组2221（图6中a）和第六角度绕组2222（图6中b）在设置第九电路板2223的一侧表面，或分别印刷在第九电路板2223的两侧表面上。

可选地，参照图6，转子角度绕组222包括第五角度绕组2221（图6中a）、第六角度绕组2222（图6中b）、第九电路板2223和第十电路板2224，第五角度绕组2221设于第九电路板2223的一侧表面，第九电路板2223上设有第七连接孔22231和第七电连接部22232，第五角度绕组2221与第七电连接部22232连接；第十电路板2224位于第九电路板2223的一侧，第六角度绕组2222设于第十电路板2224的一侧表面；第十电路板2224上设有第十一连接孔22241，第五角度绕组2221通过第七连接孔22231和第十一连接孔22241与第六角度绕组2222电性连接；第七电连接部22232与第六电连接部22142电性连接。

第五角度绕组2221通过印刷设置于第九电路板2223上，第六角度绕组2222通过印刷设置于第十电路板2224上；其中第五角度绕组2221和第六角度绕组2222均由多段半弧形导线构成，由半径最大的弧形导线逐渐过渡至半径最小的弧形导线；其中第九电路板2223上设有第七连接孔22231，第七连接孔22231位于半径最小的弧形导线路径上，第五激磁绕组的一端穿过第七连接孔22231与第六激磁绕组电性连接。第七电连接部22232与转子激磁绕组221电性连接，使得定子角度绕组122可以接收转子激磁绕组221所提供的激磁电流，并且在气隙3中产生与转子角度信息相关的轴向交变磁场。

可选地，用于角度传感器的电磁结构包括M组定子激磁绕组121、N组定子角度绕组122；其中M、N均为正整数；不同的定子角度绕组122之间设有第二角度差；第一角度绕组12211和第二角度绕组12212之间设有第三角度差，第三角度绕组12221与第四角度绕组12222之间设有第四角度差；用于角度传感器的电磁结构包括P组转子激磁绕组221、Q组转子角度绕组222，其中P、Q均为正整数，不同的转子角度绕组之间设有第五角度差；所述第五角度绕组和所述第六角度绕组之间设第六角度差。

为了使得定子角度绕组122所感应出的反电势具有较小的高次谐波，五角度绕组和第六角度绕组之间可以按照所需要消去的高次谐波错开并形成第六角度差，例如，要消去3次谐波，就将第五角度绕组和第六角度绕组之间错开60°的转动角度。

为了使得定子角度绕组122所感应出的反电势具有较小的高次谐波，第一角度绕组12211和第二角度绕组12212之间可以按照所需要消去的高次谐波错开并形成第三角度差，同时第三角度绕组12221和第四角度绕组12222之间可以按照所需要消去的高次谐波错开第四角度差；例如，要消去5次谐波，就将第一角度绕组12211和第二角度绕组12212之间错开36°的转动角度，同时将第三角度绕组12221和第四角度绕组12222之间错开36°的转动角度。

在许多应用中，会对定子信号绕组的反电势中的某个高次谐波敏感。该高次谐波可以通过增加一组新的定子角度绕组122或转子角度绕组222消除。所增加的角度绕组在空间与上述原有的定子角度绕组122或转子角度绕组222在空间相差一定的角度。当新旧两组角度绕组串联相接时，两组绕组的反电势的基波分量因为叠加而加大，但相应的高次谐波却因为反相而抵消。

可通过设置多组定子角度绕组或多组转子角度绕组消除大于或等于7次的谐波；其中不同的定子角度绕组122之间设有第二角度差，不同的转子角度绕组之间设有第五角度差；这里以转子角度绕组222为例进行说明，参照图7。例如用于角度传感器的电磁结构包括两组转子角度绕组222，其中一组中的第五角度绕组2221和第六角度绕组2222为原有的转子角度绕组222，而另一组中的第七角度绕组2225和第八角度绕组2226为新的转子角度绕组222，新的转子角度绕组222的拓扑结构与原有的转子角度绕组222相同。为了消除定子角度绕组122的反电势的7次谐波，第五角度绕组2221和第六角度绕组2222构成的原有的转子角度绕组222与第七角度绕组2225和第八角度绕组2226构成的新的转子角度绕组222在空间相差25.71429°(180°/7)。这样，气隙3中的7次谐波磁场被消除，定子角度绕组122中的7次谐波磁场也就被消除，也就是第二角度差可以为25.71429°。其中，第七角度绕组2225和第八角度绕组2226之间的第六角度差，与第五角度绕组2221和第六角度绕组2222之间的第二角度差相等。

若还需要消除11次谐波，则增加再一组第九角度绕组和第十角度绕组为再新的转子角度绕组222。第五角度绕组2221和第六角度绕组2222构成的原有的转子角度绕组222与第七角度绕组2225和第八角度绕组2226构成的新的转子角度绕组222在空间相差16.36364°(180°/11)，第七角度绕组2225和第八角度绕组2226构成的新的转子角度绕组222与第九角度绕组和第十角度绕组所构成的再新的转子角度绕组222之间在空间相差16.36364°。

同样，也可以通过增加多组定子角度绕组122的方法消除其反电势中特定的高次谐波，也就是说，第五角度差为25.71429°时，可以消除定子角度绕组122中的7次谐波磁场。

为了实现增量角度测量，定子角度绕组122和转子角度绕组222的磁极对数可以为大于1的正整数，但定子角度绕组122和转子角度绕组222的基波磁极对数必须相同的。且为了消除更多的角度绕组的反电势高次谐波，可以增加定子角度绕组122或转子角度绕组222的组数，并且针对要消除的谐波让每层绕组之间在空间有相应的角度差。

可选地，转子磁芯21和定子磁芯11均采用磁导率大于100的铁磁性材料制作而成。磁导率大于100的铁磁性材料也称为高到导磁率的软磁材料，例如可采用硅钢片或铁氧体软磁材料。导磁率反映了材料对于磁场的响应能力，导磁率越高，使得磁性材料的磁性能力更强，进而提高用于角度传感器的电磁结构的能量转换率。

转子角度绕组222、定子角度正弦绕组1221和定子角度余弦绕组1222的切向磁极对数均为1，因而转子角度绕组222的磁场能够与定子角度绕组122进行有效地连接。为了提高传感器的精度，转子角度绕组222和定子角度绕组122的磁极对数也可以大于1，以实现增量式的角度测量。

另外，为了充分利用用于角度传感器的电磁结构的空间和绕组产生的磁场，定子磁芯11和转子磁芯21也可变其他的形式，例如定子磁芯11设有第一凹槽，第一凹槽用于置入定子激磁绕组121和定子角度绕组122，转子磁芯21上设有第二凹槽，第二凹槽用于转子激磁绕组221和转子角度绕组222，可进一步地，使得用于角度传感器的电磁结构的结构更紧凑。定子角度绕组122和转子角度绕组222均可以用分布式、集中式或波绕组的形式实现。

本发明的技术方案通过把定子磁芯11、定子激磁绕组121、定子角度绕组122、转子激磁绕组221和转子角度绕组222层叠设置，并且在定子绕组12和转子绕组22之间形成有气隙3，外部电源为定子激磁绕组121提供激磁电流，使得定子激磁绕组121在气隙3产生交变的激磁磁场，交变激磁磁场通过定子磁芯11、转子磁芯21与转子激磁绕组221连接，并使转子激磁绕组221上产生感应电势；由于转子激磁绕组221与转子角度绕组222连接，所以转子角度绕组222中产生交变电流，并且在气隙3中产生交变磁场，交变磁场使定子角度绕组122产生感应电势。由于定子激磁绕组121、转子激磁绕组221构成的激磁绕组和定子角度绕组122、转子角度绕组222构成的角度绕组共用一个区域的气隙3，使电磁结构的结构更加紧凑，实现缩小电磁结构的整体体积的目的。

本发明还提出一种角度传感器，该传感器包括用于角度传感器的电磁结构，该用于角度传感器的电磁结构的具体结构参照上述实施例，由于本传感器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

安装完成的角度传感器，其中的定子激磁绕组121、定子角度绕组122、转子激磁绕组221和转子角度绕组222的中心轴向相同。

用于角度传感器的电磁结构的中心设有轴孔，轴孔用于与传感器的连接轴连接，增设轴孔具有便于安装的优点，同时还能使定子激磁绕组121、定子角度绕组122、转子激磁绕组221和转子角度绕组222实现同轴安装。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于角度传感器的电磁结构，其特征在于，包括：

定子组件，包括定子磁芯和定子绕组，所述定子绕组设于所述定子磁芯一侧，所述定子绕组包括定子激磁绕组和定子角度绕组，所述定子激磁绕组和所述定子角度绕组层叠设置；所述定子激磁绕组用于连接外部电源；

转子组件，包括转子磁芯和转子绕组，所述转子绕组设于所述转子磁芯的一侧，所述转子绕组位于所述定子绕组远离所述定子磁芯的一侧；所述定子绕组和所述转子绕组之间形成气隙；所述转子绕组包括转子激磁绕组和转子角度绕组，所述转子激磁绕组和所述转子角度绕组层叠设置；所述转子激磁绕组和所述转子角度绕组电性连接。

2.如权利要求1所述的用于角度传感器的电磁结构，其特征在于，所述定子激磁绕组和所述定子角度绕组、所述转子激磁绕组和所述转子角度绕组设置于不同层的电路板上；和/或，

所述定子角度绕组包括定子角度正弦绕组和定子角度余弦绕组，所述定子角度正弦绕组和所述定子角度余弦绕组之间设有第一角度位差。

3.如权利要求2所述的用于角度传感器的电磁结构，其特征在于，所述定子激磁绕组包括第一激磁绕组、第二激磁绕组和第一电路板，所述第一激磁绕组和所述第二激磁绕组均设于所述第一电路板上，所述第一电路板上设有第一连接孔和第一电连接部，所述第一激磁绕组的一端与所述第一电连接部连接；所述第一激磁绕组的另一端通过所述第一连接孔与所述第二激磁绕组的一端电性连接，所述第二激磁绕组的另一端与所述第一电连接部连接，所述第一电连接部用于连接外部电源。

4.如权利要求2所述的用于角度传感器的电磁结构，其特征在于，所述定子角度正弦绕组包括第一角度绕组、第二角度绕组和第三电路板，所述第一角度绕组和所述第二角度绕组均设于所述第三电路板上，所述第三电路板上设有第三连接孔和第三电连接部，所述第一角度绕组与所述第三电连接部连接；所述第一角度绕组通过所述第三连接孔与所述第二角度绕组电性连接，所述第二角度绕组与所述第三电连接部电性连接；

所述定子角度余弦绕组包括第三角度绕组、第四角度绕组和第五电路板，所述第三角度绕组和所述第四角度绕组均设于所述第五电路板的一侧表面，所述第五电路板上设有第四连接孔和第四电连接部，所述第三角度绕组与所述第四电连接部连接；所述第三角度绕组通过所述第四连接孔与所述第四角度绕组电性连接。

5.如权利要求4所述的用于角度传感器的电磁结构，其特征在于，所述转子激磁绕组包括第三激磁绕组、第四激磁绕组和第七电路板，所述第三激磁绕组和所述第四激磁绕组均设于所述第七电路板上，所述第七电路板上设有第五连接孔和第五电连接部，所述第三激磁绕组的一端与所述第五电连接部连接；所述第三激磁绕组的另一端通过所述第五连接孔与所述第四激磁绕组的一端电性连接，所述第四激磁绕组的另一端与所述第五电连接部电性连接，所述第五电连接部与所述转子角度绕组电性连接。

6.如权利要求5所述的用于角度传感器的电磁结构，其特征在于，所述转子角度绕组包括第五角度绕组、第六角度绕组和第九电路板，所述第五角度绕组和所述第六角度绕组均设于所述第九电路板上，所述第九电路板上设有第七连接孔和第七电连接部，所述第五角度绕组与所述第七电连接部连接；所述第五角度绕组和所述第六角度绕组通过所述第七连接孔与所述第六角度绕组电性连接。

7.如权利要求6所述的用于角度传感器的电磁结构，其特征在于，所述用于角度传感器的电磁结构包括M组定子激磁绕组、N组定子角度绕组；其中M、N均为正整数；不同的所述定子角度绕组之间设有第二角度差；所述第一角度绕组和所述第二角度绕组之间设有第三角度差，所述第三角度绕组与所述第四角度绕组之间设有第四角度差；所述用于角度传感器的电磁结构包括P组转子激磁绕组、Q组转子角度绕组，其中P、Q均为正整数，不同的转子角度绕组之间设有第五角度差；所述第五角度绕组和所述第六角度绕组之间设第六角度差。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的用于角度传感器的电磁结构，其特征在于，所述转子磁芯和所述定子磁芯均采用磁导率大于100的铁磁性材料制作而成。

9.如权利要求2至7中任意一项所述的用于角度传感器的电磁结构，其特征在于，所述定子激磁绕组包括自中心向边缘环绕的环形绕组，所述定子角度绕组和所述转子角度绕组均包括两个以中心对称设置的半环形绕组。

10.一种角度传感器，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的用于角度传感器的电磁结构。