CN203788056U - 磁阻式旋转变压器的定子槽及绕组线圈 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种磁阻式旋转变压器的定子槽及绕组线圈，所述定子槽均匀分布在定子冲片上，所述绕组线圈嵌放在所述定子槽内，所述绕组线圈包括励磁绕组和输出绕组，在所述定子槽的槽壁上，两侧对称位置分别开设有附加槽，所述附加槽内用于放置隔离插片，所述隔离插片将定子槽隔成槽上层和槽底层两部分，在所述槽上层放置所述励磁绕组，在所述槽底层放置所述输出绕组。本实用新型通过对定子槽型的新设计和绕组安放方式，可以消除造成磁阻式旋转变压器电气误差的最大根源——输出电势中的恒定分量。

Description

磁阻式旋转变压器的定子槽及绕组线圈

技术领域

本实用新型涉及电磁感应式角度位置传感器技术领域，更具体的说，涉及一种磁阻式旋转变压器的定子槽及绕组线圈。

背景技术

传统旋转变压器的原副两边绕组（励磁绕组和输出绕组）是分别放置在定子槽中和转子槽中，二者之间的电磁耦合需要通过气隙来实现。虽然传统的旋转变压器，在可靠性和精度上已经都是很高、性能很好的传感元件，被广泛的应用于各个领域。但磁阻式旋转变压器却有着任何角度传感元件不可比拟的更高的可靠性能。因此，如电动汽车、高铁火车、动车以及如军用装备中电驱动，为了可靠性的缘故，选用的角度传感元件，都是磁阻式旋转变压器。不过，由于在磁阻式旋转变压器的特殊结构，它的高精度不易获得。这是因为在磁阻式旋变中，转子上不安放绕组、只是构成磁极，励磁绕组和输出绕组都是安放在同一套定子槽中。当有励磁时，气隙中磁场由于磁阻的变化，产生了各次谐波磁通。副边输出绕组提取、利用其中的基波分量、消除其它次谐波，这样就构成了输出电势。下式示出两相的输出电势

$\left.\begin{array}{c}{E}_A(\mathrm{\θ},t)=E_{2m}\·\sin \mathrm{\θ}\·\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ E_B(\mathrm{\θ},t)=E_{2m}\·\cos \mathrm{\θ}\·\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right\}$

式中：E_A、E_B—分别为副边输出绕组的输出电势，E_2M—为输出电势的幅值，θ—转子转动角度，ω—励磁电源的电频率，t—时间。

但是，由于结构原理的问题，磁阻式旋转变压器有着一个很大的难题，就是副边输出电势中，存在一个非常难以消除的恒定分量。这个恒定分量是不随转角变化的，这就造成电气误差，而且是随机的没有规律性。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种磁阻式旋转变压器的定子槽及绕组线圈，通过对定子槽型的设计以及绕组安放排列方式，消除了磁阻式旋转变压器的副边输出电势中非常难以消除的恒定分量，使得原边和副边之间在槽漏磁的耦合上可以达到最小，而且二者之间的耦合变得规范统一。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种磁阻式旋转变压器的定子槽及绕组线圈，所述定子槽均匀分布在定子冲片上，所述绕组线圈嵌放在所述定子槽内，所述绕组线圈包括励磁绕组和输出绕组，在所述定子槽的槽壁上，两侧对称位置分别开设有附加槽，所述附加槽内用于放置隔离插片，所述隔离插片将定子槽隔成槽上层和槽底层两部分，在所述槽上层放置所述励磁绕组，在所述槽底层放置所述输出绕组。

所述槽上层和槽底层的面积之比为1.15:1。

所述定子槽的槽型尺寸满足以下公式：

$\frac{h_{s1}}{h_s}=\frac{(k+1)b_{s1}-\sqrt{(k+1)(k_{s1}^2{b}_{s1}^2+b_{s2}^2)}}{(k+1)(b_{s1}-b_{s2})}---\left(1\right)$

h_s2＝h_s-h_s1

其中：k—槽上层面积和槽底层面积之比、b_s1—槽底层宽、b_s2—槽上层宽、h_s—定子槽高、h_s1—槽底层高、h_s2—槽上层高。

所述槽上层和槽底层均设置有独立的槽绝缘。

本实用新型技术方案，可以达到的技术效果如下：

1、励磁相绕组形状规划统一；

2、原副边绕组之间在槽内的电磁耦合减小并规律性强；

3、副边绕组输出电势的恒定分量减至最小，电气误差也减至最小。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是传统磁阻式旋转变压器定转子冲片示意图；

图2（a）是传统磁阻式旋变槽漏磁分布一示意；

图2（b）是传统磁阻式旋变槽漏磁分布二示意

图3是本实用新型所提供的定子槽励磁漏磁通分布示意；

图4是本实用新型所提供的定子冲片和槽型；

图5是本实用新型所提供的定子槽各尺寸元素的示意；

图6是本实用新型所提供的定子槽内各元件布置图。

具体实施方式

为使本实用新型的实施案例的目的、技术方法更加清晰，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。

图1是传统的磁阻式旋转变压器定转子冲片示意图。图2（a）和图2（b）是传统磁阻式旋变槽漏磁分布示意，图中，励磁绕组1、A相绕组2、B相绕组3、磁力线9。磁阻式旋转变压器的转子形状在设计时，除了考虑构成必须的极数外，还必须考虑使得气隙磁场中基波分量尽可能地大。而副边输出绕组也必须做特殊设计，采用三型正弦绕组（一种可以消除除齿谐波和基波之外的所有次谐波的绕组形式），使之输出的电势中仅保留和转角成正余弦关系的基波分量，其他分量（恒定分量和高次谐波分量）都被消除或极大的削弱。气隙磁导的分布可以式（2）表示：

$\mathrm{\λ}\left(\mathrm{\θ}\right)={\mathrm{\λ}}_0+\underset{i=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{mi}}\cos \left(\mathrm{i\θ}\right)---\left(2\right)$

式中：λ₀—磁导中的恒定分量，λ_i—磁导中谐波分量幅值，

θ—转子转角

正弦绕组中各元件匝数按式（3）分布：

$N_i=\frac{{4W}_{\mathrm{ef}}}{4}\cos P[(i-1)\frac{2\mathrm{\π}}{Z}+\frac{\mathrm{\π}}{4P}]---\left(3\right)$

式中：W_ef—绕组有效匝数，P—极对数，Z—槽数

相应的气隙磁密为： $B\left(\mathrm{\θ}\right)=B_0+\underset{i=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{\mathrm{mi}}\cos \left(\mathrm{i\θ}\right)---\left(4\right)$

式中：B₀—气隙中不随转角变化的恒定分量磁阻强度，B_mi—气隙中随转角变化的各次磁阻强度磁密谐波分量幅值。

但在磁阻式旋转变压器中，由于原副边绕组是安放在同一套定子槽中，因而副边绕组除了可以链绕通过气隙的磁通感生电势外，还能感生到原边绕组在槽部和端部、不通过气隙的漏磁通产生的电势。由于各绕组元件相互之间的位置关系，在各个槽中无法规范统一，因而副边绕组的输出也无法有规律的感生。图2表示了不同槽中各个元件之间的随机关系。通常的规范恒定的磁场下，输出绕组中各元件感生的电势总和E₀应为零，如式(5)所示

$E_0=k_{\mathrm{\φ}}{B}_0\underset{i=1}{\overset{Z}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{4W}_{\mathrm{ef}}}{Z}\cos P[(i-1)\frac{2\mathrm{\π}}{Z}+\frac{\mathrm{\π}}{4P}]=0---\left(5\right)$

式中：为磁密和磁通之间的一个换算系数。

图2所示，当原副边绕组各元件在槽内的位置是随机的、不规范时，由于各元件链绕的磁通就不再是规范一致的了，因而副边绕组输出的电势总和不能用式(5)表示。式(6)表示不同槽中绕组之间分布不规则时感生电势的情况：

$E_0=\frac{{4W}_{\mathrm{ef}}}{Z}[{\mathrm{\Φ}}_{01}\cos \left(P\frac{\mathrm{\π}}{4P}\right)+{\mathrm{\Φ}}_{02}\cos [P(\frac{2\mathrm{\π}}{Z}+\frac{\mathrm{\π}}{4P})]+...+{\mathrm{\Φ}}_{0Z}\cos [P(Z-1)\frac{2\mathrm{\π}}{Z}+\frac{\mathrm{\π}}{4}\left]\right]---\left(6\right)$

在这里，Φ₀₁至Φ_0Z是各槽中励磁绕组各元件耦合至各对应的副边输出元件的漏磁通。这样，副边各元件由槽漏磁通感生的恒定分量相加之后，总和E₀不会为零了。输出电势的基波分量在加上这个恒定分量之后，就会产生电气误差。输出电势可以式（7）表示：

$\left.\begin{array}{c}{E}_A(\mathrm{\θ},t)=(E_{0A}{+E}_{2m}\·\sin \mathrm{\θ})\·\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ E_B(\mathrm{\θ},t)=(E_{0B}+E_{2m}\·\cos \mathrm{\θ})\·\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)\end{array}\right\}---\left(7\right)$

式中：E_0A、E_0B分别为两相输出绕组中不随转角变化的恒定分量。

图2表示了不规范的对应于式(7)的槽内绕组各元件导体分布和漏磁，E_0A、E_0B是一个幅值不随转角变化的定值，这是通常绕组形式和通常槽型的必然结果。可以看出，在图2的情况下，副边输出绕组绕各元件链绕的漏磁通不可能一致，肯定会有恒定分量的输出电势，产生电气误差。还可以看出，由于原副边不可能有效地分位排列，无论用何种方式嵌线（机器绕制或人工手绕），都无法使得绕组规范统一。进而漏磁通就不可能链绕情况一致。

图3是本实用新型所提供的定子槽励磁漏磁通分布示意。由于原副边绕组分放于不相同的两层，原副边的链绕情况可以做到规范统一。

图4是本实用新型所提供的定子冲片和槽型示意图，槽两壁在对称位置上各设置一个安放槽层隔离插片5的附加槽7，将定子槽分成上下两层——槽上层和槽底层，两层面积取为相等即可。但因槽上层安放励磁绕组1,励磁绕组1电阻应该尽可能的小，所以槽上层面积适当加大，槽上层和槽底层的面积之比可取为为1.15：1。根据槽面积比例的规定，槽型有关尺寸的设计公式如下：

$\frac{h_{s1}}{h_s}=\frac{(k+1)b_{s1}-\sqrt{(k+1)(k_{s1}^2{b}_{s1}^2+b_{s2}^2)}}{(k+1)(b_{s1}-b_{s2})}---\left(1\right)$

h_s2＝h_s-h_s1

式中各参数见图5所标示，其中：k—槽上层面积和槽底层面积之比、b_s1—槽底层宽、b_s2—槽上层宽、h_s—定子槽高、h_s1—槽底层高、h_s2—槽上层高。

绕组安放如图6所示：在由隔离插片5隔成的上下两个槽中，槽底层安放A相输出绕组2和B相输出绕组3，槽上层安放励磁绕组1。这种绕组分层安放的规定，使得原边和副边之间在槽漏磁的耦合上可以达到最小。而且可以达到规范化，使得不分层时的随机性减至最小。

槽层隔离插片5有效地将定子槽分成上下两层，使得输出绕组和励磁绕组不再混在一起，二者之间的耦合变得规范统一。

与之相对应的，槽底层和槽上层各有自己的槽绝缘4、6。不但绝缘性能得到很大改善，而且也使绕组变得更加形状规范统一紧凑，有利于进一步改进性能。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims (4)

1.一种磁阻式旋转变压器的定子槽及绕组线圈，所述定子槽均匀分布在定子冲片上，所述绕组线圈嵌放在所述定子槽内，所述绕组线圈包括励磁绕组和输出绕组，其特征在于，在所述定子槽的槽壁上，两侧对称位置分别开设有附加槽，所述附加槽内用于放置隔离插片，所述隔离插片将定子槽隔成槽上层和槽底层两部分，在所述槽上层放置所述励磁绕组，在所述槽底层放置所述输出绕组。

2.根据权利要求1所述的磁阻式旋转变压器的定子槽及绕组线圈，其特征在于，所述槽上层和槽底层的面积之比为1.15:1。

3.根据权利要求1所述的磁阻式旋转变压器的定子槽及绕组线圈，其特征在于，所述定子槽的槽型尺寸满足以下公式：

$\frac{h_{s1}}{h_s}=\frac{(k+1)b_{s1}-\sqrt{(k+1)(k_{s1}^2{b}_{s1}^2+b_{s2}^2)}}{(k+1)(b_{s1}-b_{s2})}$

h_s2＝h_s-h_s1

其中：k—槽上层面积和槽底层面积之比、b_s1—槽底层宽、b_s2—槽上层宽、h_s—定子槽高、h_s1—槽底层高、h_s2—槽上层高。

4.根据权利要求1所述的磁阻式旋转变压器的定子槽及绕组线圈，其特征在于，所述槽上层和槽底层均设置有独立的槽绝缘。