CN205609340U - 一种旋转变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋转变压器，用于实现宽频信号的传输，该旋转变压器包括：包括定子和转子，所述转子和所述定子之间不物理接触，所述转子和所述定子采用结构相同的磁芯，所述磁芯包括第一导磁体、第二导磁体以及第三导磁体，所述第一导磁体、第二导磁体以及第三导磁体组成所述磁芯的磁路，并使磁路上各磁通面的面积相等。本实施例通过优化磁芯的结构，使磁芯的磁路上各横截面积相等或近似相等，以降低磁阻，进而降低高频信号传输中的损耗，从而可实现在保证信号不失真的情况下，能传输频率范围更宽的宽频信号。

Description

一种旋转变压器

技术领域

本实用新型涉及变压器领域，尤其涉及一种旋转变压器。

背景技术

旋转变压器在电路中使用时，或多或少都会有一定的插入损耗，插入损耗可以分贝的形式表示，其是旋转变压器性能的最常见的测量技术指标。一般来说，在相同的磁场内，旋转变压器的插入损耗越小，旋转变压器的性能越好。

旋转变压器的插入损耗一般会随着所处电磁场的频率的增加而增大，现有的旋转变压器不利于宽频信号的传输，因为其在工作于高频磁场中时，如频率为100MHz甚至更高频率的电磁场中，插入损耗会特别大，使高频部分的信号已严重失真。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种旋转变压器，来解决以上技术问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种旋转变压器，包括定子和转子；所述转子和所述定子之间不物理接触；所述转子和所述定子采用结构相同的磁芯；

所述磁芯为铁氧体；所述磁芯的中部开设有用于连接转配轴的连接通孔；所述磁芯上设置有一用于装配电磁线圈的环形槽；所述环形槽的内环直径大于所述连接通孔的直径；所述环形槽的深度小于所述磁芯的高度；其中，所述连接通孔的圆心和所述环形槽的圆心重合；

所述磁芯包括第一导磁体、第二导磁体以及第三导磁体；所述第一导磁体为毗邻所述连接通孔和所述环形槽之间的铁氧体部；所述第二导磁体为所述磁芯周部的铁氧体部；所述第三导磁体为连接所述第一导磁部和所述第二导磁部的铁氧体部；

所述第一导磁体、所述第二导磁体以及所述第三导磁体组成所述磁芯的磁路；所述磁路上的各横截面积相等。

本实施例通过优化磁芯的结构，使磁芯的磁路上各横截面积相等或近似相等，以降低磁阻，进而降低高频信号传输中的损耗，从而可实现在保证信号不失真的情况下，能传输频率范围更宽的宽频信号。

优选的，所述磁芯的周部开设有一个出线口，所述出线口连通所述环形槽，使所述电磁线圈的两端能通过所述出线口伸出所述磁芯外。设置出线口以便于引出电磁线圈的端头，便于接线。

优选的，所述磁芯为圆柱形的铁氧体；

所述连接通孔的直径为d1，所述环形槽的内圆直径为d2，所述环形槽的外圆直径为d3，所述磁芯的直径为d4；所述出线口的宽度为B；所述磁芯的高度为H；所述环形槽的深度为t；

所述磁路包括第一磁通面、第二磁通面和第三磁通面；所述第一磁通面为所述第一导磁体的环形的横截面，所述第二磁通面为所述第二导磁体的环形的横截面，所述第三磁通面为所述第三导磁体的圆柱面；

所述第一磁通面的面积为π*(d2*d2/4-d1*d1/4)；

所述第二磁通面的面积为π*(d4*d4/4-d3*d3/4)-B*(d4-d3)/2；

所述第三磁通面的面积为π*d2*(H-t)；

所述第一磁通面、所述第二磁通面和所述第三磁通面的面积相等。

所述第一磁通面和所述第二磁通面均为圆环，所述第三磁通面为圆柱面；其中，所述第二磁通面有出线口，故需减去该部分面积；另外，由于d3和d2的差值很小，故所述第三磁通面采用π*d2*(H-t)计算即可，其带来的误差可忽略。

优选的，所述电磁线圈的线径为d5；所述环形槽内电磁线圈卷绕的圈数为N；

d3-d2＞2*d5*N。

如此设计环形槽，可保证环形槽有足够的空间以装配电磁线圈。

优选的，所述电磁线圈的线径d5为0.5毫米，所述环形槽内电磁线圈卷绕的圈数N为2。

本实施例中，从大量实验数据中可以发现，电磁线圈的圈数越多，插入损耗越大，同时，增大电磁线圈的线径也有利用减低插入损耗，所述电磁线圈的线径d5为0.5毫米，所述环形槽内电磁线圈卷绕的圈数N为2，其插入损耗较小，为本实施例的一种较优的实施方案。

优选的，所述出线口的宽度B为3毫米。

所述电磁线圈的线径d5为0.5毫米，两个即为1毫米，并且所述电磁线圈的两端要有一定的距离，以防止短接出现短路。本实施例中，出线口的宽度B为3毫米即可满足需求。

优选的，所述转子和所述定子之间的距离为0.09毫米；所述磁芯的直径为d4小于19毫米；所述磁芯的高度小于6.2毫米。

本实施例中，磁芯的直径和高度为产品的工艺需求，转子和定子之间隔开一定距离，以实现非接触信号的传输；但该距离越大，插入损耗越大，在现有的加工工艺的基础上，0.09毫米即可满足既能实现非接触信号的传输，从实验数据中可知，距离为0.09毫米，旋转变压器在1-200MHz的频率下工作时，插入损耗小于3分贝，满足性能需求。

优选的，所述电磁线圈的上表面覆盖有磁胶。

在不改变设计前提下，通过在电磁线圈上覆盖磁胶，可以收窄工作频段，可以不改变设计前提下，调整工作频率。如为了禁止1MHz以下频率信号通过，在线包表面覆盖磁胶，部分磁路通过磁胶形成回路，使低频段磁场无法传递到定子那边去，可以有效防止低频段信号传输。

优选的，所述磁芯为镍锌铁氧体；所述镍锌铁氧体的磁导率为200～1800。

镍锌铁氧体磁导率比较低，晶粒细而小，并且是多孔结构，具有高频、宽频、低损耗的特点。

优选的，所述转子的环形槽内电磁线圈卷绕的圈数和所述定子的环形槽内电磁线圈卷绕的圈数相同。可进一步降低插入损耗。

本实用新型的有益效果：本实施例通过优化磁芯的结构，使磁芯的磁路上各横截面积相等或近似相等，以降低磁阻，进而降低高频信号传输中的损耗，从而可实现在保证信号不失真的情况下，能传输频率范围更宽的宽频信号。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的旋转变压器的结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的磁芯的结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的磁芯的A-A向剖面图。

图4为本实用新型实施例提供的装配上电磁线圈后的磁芯的结构示意图。

图中：

10、转子；20、定子；30、磁芯；31、连接通孔；32、环形槽；33、第一导磁体；34、第二导磁体；35、第三导磁体；40、电磁线圈；341、出线口。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种旋转变压器，用于实现宽频信号的传输。

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将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、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

请参考图1，图1为本实用新型实施例提供的旋转变压器的结构示意图。该旋转变压器包括转子10和定子20。转子10和定子20之间不物理接触。

本实施例中，转子10和定子20采用结构相同的磁芯30。具体请参考图2，图2为本实用新型实施例提供的磁芯30的结构示意图。

因镍锌铁氧体，其具有高频、宽频、低损耗的特点。故本实施例中，磁芯30选择具有高频低损耗铁氧体材料，优选为镍锌铁氧体制成，更优的，选取磁导率在200～1800范围的镍锌铁氧体。

具体的，磁芯30的中部开设有连接通孔31。旋转变压器的的转子10和定子20固定于一转配轴上，定子20在转配轴上固定不动，通过转配轴带动转子10旋转以实现信号的传输。其中，磁芯30的连接通孔31即用于连接该转配轴。转子10、定子20连接转配轴的方式为常规技术手段，故不在此赘述。

请继续参考图3，图3为本实用新型实施例提供的磁芯的A-A向剖面图。图3中，纵向为磁芯30的高度方向、环形槽32的深度方向、连接通孔31的深度方向。

具体的，磁芯30为一圆柱形的铁氧体。磁芯30上设置有的环形槽32，环形槽32的内环直径大于连接通孔31的直径，环形槽32的深度小于磁芯30的高度；其中，磁芯30的圆心、连接通孔31的圆心和环形槽32的圆心重合。

其中，环形槽32用于装配或卷绕电磁线圈40，具体请参考图4，图4为本实用新型实施例提供的装配上电磁线圈后的磁芯的结构示意图。

本实施例中，根据旋转变压器通电后所形成的磁路，可将磁芯30的铁氧体划分为三部分，即第一导磁体33、第二导磁体34以及第三导磁体35。

如图3所示，第一导磁体33为毗邻连接通孔31和环形槽32之间的环形柱体的铁氧体部；第二导磁体34为磁芯30周部的环形柱体的铁氧体部；第三导磁体35为连接第一导磁部33和第二导磁部34的环形柱体的铁氧体部。并根据磁力线的走向，图3中，定义第一导磁体33的横截面、第二导磁体34的横截面，第三导磁体的圆柱面为磁路的横截面。为便于区分和理解，再定义第一导磁体33的横截面为第一磁通面，第二导磁体34的横截面为第二磁通面，第三导磁体35的圆柱面为第三磁通面，并使得所述第一磁通面、所述第二磁通面、所述第三磁通面的面积相等。

本实施例通过优化磁芯30的结构，使磁芯30的磁路上各横截面积相等或近似相等，以降低磁阻，进而降低高频信号传输中的损耗，从而可实现在保证信号不失真的情况下，能传输频率范围更宽的宽频信号。

在本实施例中，磁芯30的周部，即第三导磁体35上开设有一个出线口341，以便于引出电磁线圈40的端头，便于接线。具体的，出线口341连通环形槽32，使电磁线圈40的两端能通过出线口341伸出磁芯30外。优选的，出线口341的深度略大于环形槽32的深度。

更具体的，为使得使得所述第一磁通面、所述第二磁通面、所述第三磁通面的面积相等，本实施例对相关尺寸做如下定义：

连接通孔31的直径为d1，环形槽32的内圆直径为d2，环形槽32的外圆直径为d3，磁芯30的直径为d4；出线口341的宽度为B；磁芯30的高度为H；环形槽32的深度为t；其中，图2中，横向为出线口341的宽度方向。

磁通面面积的计算方式为：第一磁通面的面积S1＝π*(d2*d2/4-d1*d1/4)；第二磁通面的面积S1≈π*(d4*d4/4-d3*d3/4)-B*(d4-d3)/2；第三磁通面的面积S3≈π*d2*(H-t)。

所述第一磁通面和所述第二磁通面均为圆环，所述第三磁通面为圆柱面；其中，第二导磁体34有出线口341，故需减去该部分面积；另外，由于d3和d2的差值很小，故所述第三磁通面采用π*d2*(H-t)计算即可，其带来的误差可忽略。

优选的，电磁线圈40的线径为d5；环形槽32内电磁线圈40卷绕的圈数为N；令d3-d2＞2*d5*N。如此设计的环形槽32，可保证环形槽32有足够的空间以装配电磁线圈40。

采用该优化的磁芯30，其能有效的降低插入损耗。

其中，结构优先前的实验数据如表一所示：

表一

从表一中可知，当频率增大后，插入损耗会随之增大，且电磁线圈40的圈数越小，插入损耗越小。

结构优先后的实验数据如表二所示：

表二

从表中数据可知，序号17最优的磁芯30的结构。即电磁线圈40的线径d5为0.5毫米，环形槽32内电磁线圈40卷绕的圈数N为2。

本实施例中，从大量实验数据中可以发现，电磁线圈40的圈数越多，插入损耗越大，同时，增大电磁线圈40的线径也有利用减低插入损耗，电磁线圈40的线径d5为0.5毫米，所述环形槽内电磁线圈卷绕的圈数N为2，其插入损耗较小，为本实施例的一种较优的实施方案。

具体的，出线口341的宽度B为3毫米。

电磁线圈40的线径d5为0.5毫米，两个即为1毫米，并且电磁线圈40的两端要有一定的距离，以防止短接出现短路。本实施例中，出线口的宽度B为3毫米即可满足需求。

优选的，转子10和定子20间的距离为0.09毫米；磁芯30的直径为d4小于19毫米；磁芯30的高度小于6.2毫米。

本实施例中，磁芯30的直径和高度为产品的工艺需求，转子10和定子20之间隔开一定距离，以实现非接触信号的传输；但该距离越大，插入损耗越大，在现有的加工工艺的基础上，0.09毫米即可满足既能实现非接触信号的传输，从实验数据中可知，距离为0.09毫米，旋转变压器在1-200MHz的频率下工作时，插入损耗小于3分贝，满足性能需求。

优选的，电磁线圈40的上表面覆盖有磁胶。

在不改变磁芯30的结构设计前提下，通过在电磁线圈40上覆盖磁胶，可以收窄工作频段，调整工作频率。如为了禁止1MHz以下频率信号通过，在电磁线圈40表面覆盖磁胶，部分磁路通过磁胶形成回路，使低频段磁场无法传递到定子20那边去，可以有效防止低频段信号传输。

具体实验数据见表三，如下：

表三

具体的，转子10的环形槽32内电磁线圈40卷绕的圈数和定子20的环形槽32内电磁线圈40卷绕的圈数相同。可进一步降低插入损耗。

本实施例中，通过调整磁胶中磁粉的材质和胶水比例，其中，磁粉的材质包括镍锌铁氧体、锰锌铁氧体、镁锌铁氧体、锂锌铁氧体、镍锰锌铁氧体或其它金属软磁，如果胶水中加入低频高损耗的材质，1MHz～5MHz的插入损耗将会更大，因此根据需求，调整磁胶配方，不需变更产品结构设计，很容易能达到调整工作频段的目的。

本实施例中，磁芯30采用铁氧体材料制成，优选为镍锌铁氧体，可以理解的是，磁芯30也可采用其他材料制成，均应该在本实用新型的保护范围之内。

本实施例中，第三磁通面的面积采用π*d2*(H-t)计算，可以理解的是，第三磁通面的面积还可采用π*(d2+d3)*(H-t)/2计算，并不影响本实用新型的技术效果，其均应该在本实用新型的保护范围之内。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种旋转变压器，包括定子和转子，其特征在于：所述转子和所述定子之间不物理接触；所述转子和所述定子采用结构相同的磁芯；

所述磁芯为铁氧体；所述磁芯的中部开设有用于连接转配轴的连接通孔；所述磁芯上设置有一用于装配电磁线圈的环形槽；所述环形槽的内环直径大于所述连接通孔的直径；所述环形槽的深度小于所述磁芯的高度；其中，所述连接通孔的圆心和所述环形槽的圆心重合；

所述磁芯包括第一导磁体、第二导磁体以及第三导磁体；所述第一导磁体为毗邻所述连接通孔和所述环形槽之间的铁氧体部；所述第二导磁体为所述磁芯周部的铁氧体部；所述第三导磁体为连接所述第一导磁部和所述第二导磁部的铁氧体部；

所述第一导磁体、所述第二导磁体以及所述第三导磁体组成所述磁芯的磁路；所述磁路上的各横截面积相等。

2.根据权利要求1所述的旋转变压器，其特征在于，所述磁芯的周部开设有一个出线口，所述出线口连通所述环形槽，使所述电磁线圈的两端能通过所述出线口伸出所述磁芯外。

3.根据权利要求2所述的旋转变压器，其特征在于，所述磁芯为圆柱形的铁氧体；

所述连接通孔的直径为d1，所述环形槽的内圆直径为d2，所述环形槽的外圆直径为d3，所述磁芯的直径为d4；所述出线口的宽度为B；所述磁芯的高度为H；所述环形槽的深度为t；

所述磁路包括第一磁通面、第二磁通面和第三磁通面；所述第一磁通面为所述第一导磁体的环形的横截面，所述第二磁通面为所述第二导磁体的环形的横截面，所述第三磁通面为所述第三导磁体的圆柱面；

所述第一磁通面的面积为π*(d2*d2/4-d1*d1/4)；

所述第二磁通面的面积为π*(d4*d4/4-d3*d3/4)-B*(d4-d3)/2；

所述第三磁通面的面积为π*d2*(H-t)；

所述第一磁通面、所述第二磁通面和所述第三磁通面的面积相等。

4.根据权利要求3所述的旋转变压器，其特征在于，所述电磁线圈的线径为d5；所述环形槽内电磁线圈卷绕的圈数为N；

d3-d2＞2*d5*N。

5.根据权利要求4所述的旋转变压器，其特征在于，所述电磁线圈的线径d5为0.5毫米，所述环形槽内电磁线圈卷绕的圈数N为2。

6.根据权利要求5所述的旋转变压器，其特征在于，所述出线口的宽度B为3毫米。

7.根据权利要求3所述的旋转变压器，其特征在于，所述转子和所述定子之间的距离为0.09毫米；所述磁芯的直径为d4小于19毫米；所述磁芯的高度小于6.2毫米。

8.根据权利要求3所述的旋转变压器，其特征在于，所述电磁线圈的上表面覆盖有磁胶。

9.根据权利要求3所述的旋转变压器，其特征在于，所述磁芯为镍锌铁氧体；所述镍锌铁氧体的磁导率为200～1800。

10.根据权利要求1所述的旋转变压器，其特征在于，所述转子的环形槽内电磁线圈卷绕的圈数和所述定子的环形槽内电磁线圈卷绕的圈数相同。