CN206283398U - 一种旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体，属于检测技术领域。该旋转变压器包括具有定子检测齿的定子和具有转子凸极的转子，定子检测齿数为4*(K+1)*S，转子凸极数为(K+1)*(2N‑1)*S；其中，K、S和N均为正整数；每个定子检测齿上最多绕1个线圈。该旋转体包括旋转体本体和上述旋转变压器；旋转变压器的旋转角度与旋转体本体的旋转角度成规则的关系，以由旋转变压器检测旋转体的旋转角度。本实用新型能够实现在每个定子检测齿上最多绕1组线圈，大大简化了生产工艺，有效防止了由于绕组的位置不同使得旋转变压器的一致性受到不利影响，并克服了现有技术中同一定子检测齿上不同绕组间的短路风险。

Description

一种旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体

技术领域

本实用新型属于检测技术领域，涉及一种变压器和旋转体，尤其是旋转变压器和旋转体。

背景技术

电动汽车、工业自动化、机器人、纺织机械和航空航天等行业均离不开旋转电机的高性能控制，因而需要电机旋转角度传感器，并且经常要求将其应用在高温环境下。

当前，光电式角度编码器因可以容易地实现电机旋转角度的检测而得到了广泛应用，但这种光电式角度编码器含有光电元器件和半导体器件，因而无法应用在高温环境中。

旋转变压器是一种可以实现旋转角度检测的传感器，由于其不使用光电转换器件，因而可以在较高温度的环境中使用。但是，当前旋转变压器存在诸多缺点：其定子检测齿上绕有多组绕组，通常绕有三组绕组，使得其制造工艺很复杂，且由于绕组的位置不同使得旋转变压器的一致性受到不利影响；同时，由于定子检测齿上绕有多组绕组，在使用过程中，很容易由于振动冲击等原因出现绕组短路和断线等问题，进而导致旋转变压器失效，可靠性较差。此外，传统的旋转变压器包含至少6根引出线，不仅增加了连接线的故障风险，而且使得引出线的安装维护和调试很繁琐。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够克服上述由于定子检测齿上绕组较多和引出线较多造成的问题的旋转变压器和具有该旋转变压器的旋转体。

为了达到上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种旋转变压器，包括具有定子检测齿的定子和具有转子凸极的转子，定子检测齿数为4*(K+1)*S，转子凸极数为(K+1)*(2N-1)*S；其中，K、S和N均为正整数；每个所述定子检测齿上最多绕1个线圈。

所述旋转变压器共包括四组定子线圈；每组定子线圈包括至少一个线圈；每个所述线圈绕在一个所述定子检测齿上，每个线圈的电感随所述转子的旋转角度的变化而变化；每组定子线圈中各线圈的电感的相位相等；四组定子线圈中，各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度；四组定子线圈组成桥式电路；所述桥式电路的四个接点引出四根引出线；所述四根引出线中，两根引出线为励磁线，另外两根引出线为信号线。

每个所述线圈的电感的直流分量相等，每个所述线圈的电感的基波幅值相等；每个所述线圈在所在定子检测齿上的位置相同；每组所述定子线圈中，包含同样数量的线圈，且每组定子线圈中线圈的分布相同。

所述定子检测齿数为8，所述转子凸极数为2*(2N-1)。

或者，所述定子检测齿数为12，所述转子凸极数为3*(2N-1)；优选地，所述定子检测齿数为12，所述转子凸极数为9。

或者，所述定子检测齿数为16，所述转子凸极数为4*(2N-1)。

或者，所述定子检测齿数为20，所述转子凸极数为5*(2N-1)；优选地，所述定子检测齿数为20，所述转子凸极数为5。

或者，所述定子检测齿数为24，所述转子凸极数为6*(2N-1)。

或者，所述定子检测齿数为28，所述转子凸极数为7*(2N-1)。

或者，所述定子检测齿数为32，所述转子凸极数为8*(2N-1)；优选地，所述定子检测齿数为32，所述转子凸极数为8。

设置所述转子凸极的形状，以使得每个所述线圈的电感随着所述转子的旋转角度的变化成正弦波式变化；或者，设置所述转子凸极的形状，以使得每个所述线圈的电感随着所述转子的旋转角度的变化成三角波式变化。

所述旋转变压器具有定子机壳、端盖、轴承和转轴；所述定子包括定子铁心，所述定子铁心安装在所述定子机壳上；所述转子包括转子铁心，所述转子铁心安装在所述转轴上，与整个所述转子共同旋转。

所述定子还包括定子解耦齿，每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿；优选地，所述定子解耦齿的材料与所述定子检测齿和定子本体的材料相同；进一步优选地，所述材料为导磁材料。此时优选地，所述定子检测齿数为8，所述定子解耦齿数为8，所述转子凸极数为10。

所述转子布置在所述定子的内部；或者，所述转子布置在所述定子的外部。

一种具有上述旋转变压器的旋转体，所述旋转体包括旋转体本体和所述旋转变压器；所述旋转变压器的旋转角度与所述旋转体本体的旋转角度成规则的关系，以由所述旋转变压器检测所述旋转体的旋转角度。

所述旋转变压器的转子铁心安装在所述旋转体本体的转轴上，与所述旋转体本体同步转动且形成一体式结构，以检测所述旋转体本体的旋转角度；所述旋转变压器的定子安装在与所述旋转体本体共用的机壳上。

或者，所述旋转变压器固定在所述旋转体本体的端部；所述旋转变压器的转轴与所述旋转体本体的转轴连接以使得所述旋转变压器和所述旋转体本体同轴转动；优选地，所述旋转变压器的转轴与所述旋转体本体的转轴通过联轴节连接。

上述旋转体本体为电动机

由于采用上述方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体采用定子线圈的电感随转子角度的变化而变化的原理检测转子的角度，基于定子检测齿数与转子凸极数的匹配，能够实现在每个定子检测齿上最多绕1组线圈，大大简化了生产工艺，有效防止了由于绕组的位置不同使得旋转变压器的一致性受到不利影响，并克服了现有技术中同一定子检测齿上不同绕组间的短路风险。同时，旋转变压器的引出线可以减少到仅4根，降低了接线风险和安装、维护与调试的繁琐性。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例中旋转变压器的定转子的截面示意图；

图2为本实用新型第一实施例中旋转变压器的结构示意图；

图3为本实用新型第一实施例中桥式电路的电路图；

图4为本实用新型第二实施例中旋转变压器的定转子的截面示意图；

图5为本实用新型第三实施例中旋转变压器的定转子的截面示意图；

图6为本实用新型第四实施例中旋转变压器的定转子的截面示意图；

图7为本实用新型第五实施例中具有旋转变压器的旋转体的结构示意图；

图8为本实用新型第六实施例中具有旋转变压器的旋转体的结构示意图。

附图中：1101～1112、定子检测齿；2、定子；3、转子；4、转轴；5、轴承；6、定子机壳；701～702、端盖；801～804、引出线；9、线圈；2101～2120、定子检测齿；3101～3132：定子检测齿；4101～4108、定子检测齿；501、旋转变压器与电动机公用的机壳；502、旋转变压器的定子；503、电动机的定子；504、旋转变压器的转子铁心；505、电动机的转子铁心；506、转轴；5071～5072、端盖；508、轴承；5091～5094、旋转变压器的引出线；5010、电动机的引线；5011、旋转变压器线圈；5012、电动机线圈；601、旋转变压器；602、电动机；603、电动机转轴；604、旋转变压器引出线；605、电动机引线；606、螺钉。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型提出了一种旋转变压器，该旋转变压器尤其是磁阻式旋转变压器，包括定子和转子。定子包括定子铁心、线圈、引出线和绝缘体(尤其为绝缘骨架)等。定子铁心由软磁材料制成，定子铁心沿内圆周开槽形成定子检测齿，线圈绕在定子检测齿上，线圈与定子铁心间设置有绝缘体，该绝缘体为绝缘骨架或起到绝缘作用的材料。转子包括与转子同轴转动的转子铁心。转子铁心由软磁材料制成，转子铁心外圆周呈凸极状，因而转子包括转子凸极。本实用新型中，定子检测齿和转子凸极的数量满足：定子检测齿数为4*(K+1)*S，转子凸极数为(K+1)*(2N-1)*S；其中，K、S和N均为正整数。每个定子检测齿上最多绕1个线圈。

由此，本实用新型中旋转变压器可简化到最少仅包括四组定子线圈。每组定子线圈包括至少一个线圈；每个线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。每组定子线圈中各线圈的电感的相位相等；四组定子线圈中，各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路，该桥式电路的四个接点引出四根引出线。在该四根引出线中，两根引出线为励磁线，另外两根引出线为信号线。

旋转变压器中，所有线圈的电感的直流分量相等，所有线圈的电感的基波幅值相等；每个线圈在其所在的定子检测齿上的位置相同。每组定子线圈中，包含同样数量的线圈，且每组定子线圈中线圈的分布相同。

因此，在本实用新型旋转变压器中，可选择设置定子检测齿数为8，转子凸极数为2*(2N-1)，每组定子线圈包括1至2个线圈；可选择设置定子检测齿数为12，转子凸极数为3*(2N-1)，每组定子线圈包括1至3个线圈；可选择设置定子检测齿数为16，转子凸极数为4*(2N-1)，每组定子线圈包括1至4个线圈；可选择设置定子检测齿数为20，转子凸极数为5*(2N-1)，每组定子线圈包括1至5个线圈；可选择设置定子检测齿数为24，转子凸极数为6*(2N-1)，每组定子线圈包括1至6个线圈；可选择设置定子检测齿数为28，转子凸极数为7*(2N-1)，每组定子线圈包括1至7个线圈；可选择设置定子检测齿数为32，转子凸极数为8*(2N-1)，每组定子线圈包括1至8个线圈。当然，本实用新型旋转变压器的定子检测齿数和转子凸极数除了可以按照以上的数量匹配外，还可以选择其他的数量匹配，只要符合定子检测齿数为4*(K+1)*S，转子凸极数为(K+1)*(2N-1)*S且K、S和N均为正整数，则均落入本申请的保护范围。

上述旋转变压器能够安装在各种旋转体的内部或外部，以检测旋转体的旋转角度。这样的旋转体可以是电动机、发电机以及其他旋转的物体。

第一实施例：

本实用新型的第一实施例中，K＝2、S＝1和N＝2，因而该旋转变压器的定子检测齿数为12，转子凸极数为9。图1所示为该旋转变压器的定转子的截面示意图。定子包括定子铁心，转子包括转子铁心。定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。本实施例中，12个定子检测齿沿定子铁心均匀分布；9个转子凸极沿转子铁心的圆周在其外圆上均匀分布。

每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图1中未示出)。每个定子检测齿上绕有1个线圈，12个定子检测齿上共有12个线圈沿圆周分布，12个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为1101、1102、1103、1104、1105、1106、1107、1108、1109、1110、1111、1112。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，通过电磁仿真选择转子凸极的形状，使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化。图1中，9表示线圈。

图2所示为整个该旋转变压器的结构示意图。该旋转变压器包括定子2、转子3、转轴4、轴承5、定子机壳6、两侧的端盖701和702、轴承室、四根引出线801、802、803、804。转子铁心固定在转轴4上，能够与转轴4一同旋转。轴承5安装在转轴4上，轴承5支撑转子3平滑顺畅地转动。定子铁心安装固定在定子机壳6内。轴承室设置在旋转变压器的两侧端盖701和702上，轴承5的外圈安装在两个端盖701和702的轴承室内，保证转轴4的中心线与定子2的内圆中心线一致。在四根引出线801、802、803、804中，引出线801和802为励磁线，引出线803和804为信号线。

本实施例中，定子线圈共分为4组。每组定子线圈包括3个线圈；每个线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。每组定子线圈中各线圈的电感的相位相等；四组定子线圈中，各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路，图3所示为该桥式电路的电路图。图3中，桥式电路的桥臂X_AC由定子检测齿1101、1105和1109上的线圈串联构成，桥臂X_AD由定子检测齿1102、1106和1110上的线圈串联构成，桥臂X_BC由定子检测齿1103、1107和1111上的线圈串联构成，桥臂X_BD由定子检测齿1104、1108和1112上的线圈串联构成。同一桥臂中的电感的基波相位相等，桥式电路的4个连接节点A、B、C、D分别用4根引线引出作为旋转变压器的引出线801、802、803和804，其中引出线801和802为励磁线，引出线803和804为信号线。

本实施例中，正弦波位置信号产生的原理如下：

令定子检测齿1101、1102、1103、1104、1105、1106、1107、1108、1109、1110、1111、1112上的线圈的电感分别为L101、L102、L103、L104、L105、L106、L107、L108、L109、L110、L111和L112。由图2可以看出，随着转子的旋转角度的变化，各定子检测齿与转子凸极之间的间隙发生变化，使得各线圈的电感随之变化，其变化周期为9。为了阐述方便，忽略电感的高次谐波，各线圈的电感随转子的旋转角度θm₁的变化可以分别表示为

L101＝L105＝L109＝L1+Lm₁*sin(9θm₁) 式(101)

L102＝L106＝L110＝L1+Lm₁*sin(9θm₁-90) 式(102)

L103＝L107＝L111＝L1+Lm₁*sin(9θm₁-180) 式(103)

L104＝L108＝L112＝L1+Lm₁*sin(9θm₁-270) 式(104)

其中，L1为各电感的直流分量；

Lm₁为各电感的基波幅值，

θm₁为转子的旋转角度。

由此，转子每旋转1周，各线圈的电感的基波变化9次。

参照图3的桥式电路图，由定子检测齿1101、1105和1109上的线圈构成的桥臂X_AC的电感L_AC为：

L_AC＝L101+L105+L109＝3L1+3Lm₁*sin(9θm₁) 式(105)

由定子检测齿1102、1106和1110上的线圈构成的桥臂X_AD的电感L_AD为：

L_AD＝L102+L106+L110＝3L1+3Lm₁*sin(9θm₁-90) 式(106)

由定子检测齿1103、1107和1111上的线圈构成的桥臂X_BC的电感L_BC为：

L_BC＝L103+L107+L111＝3L1+3Lm₁*sin(9θm₁-180) 式(107)

由定子检测齿1104、1108和1112上的线圈构成的桥臂X_BD的电感L_BD为：

L_BD＝L104+L108+L112＝3L1+3Lm₁*sin(9θm₁-270) 式(108)

由式(105)和式(107)，桥式电路的桥臂X_AC与桥臂X_BC的电感的差值L_ACB为：

L_ACB＝6Lm₁*sin(9θm₁) 式(109)

由式(106)和式(108)，桥式电路的桥臂X_AD与桥臂X_BD的电感的差值L_ADB为：

L_ADB＝6Lm₁*sin(9θm₁-90) 式(110)

观察式(109)和式(110)可知，L_ACB和L_ADB是随转子的旋转角度的变化相位差90度的正弦波，从而表明由此能够得到与之成比例的输出信号，通常为电压信号，即能够得到关于转子的旋转角度分别成正弦变化和余弦变化的电压信号，此即为现有技术中求取转子的旋转角度所需的基础信号，因此将这些基础信号传送给后续连接的信号处理电路或者经过简单计算即可得到转子的旋转角度θm₁。

第二实施例：

第二实施例中，K取值为4，S和N均取值为1，因而该旋转变压器的定子检测齿数为20，转子的凸极数为5。图4所示为本实施例中该旋转变压器的定转子的截面示意图。定子包括定子铁心，转子包括转子铁心。定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。本实施例中，20个定子检测齿沿定子铁心均匀分布；5个凸极沿转子铁心的圆周在其外圆上均匀分布。

定子的每个齿上有绝缘绕线骨架(图4中未示出)。定子的每个齿上绕有1个线圈，定子的20个齿上共有20个线圈沿圆周分布，定子的20个齿沿圆周顺时针分布依次为2101、2102、2103、2104、2105、2106、2107、2108、2109、2110、2111、2112、2113、2114、2115、2116、2117、2118、2119、2120。为了附图的简洁起见，且由于定子检测齿的分布和附图标记是有规律的，因此在图4中不一一标记各定子检测齿的附图标记，仅给出几个示例。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，通过电磁仿真选择转子凸极的形状，使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化。

本实施例中，该旋转变压器的构造在除了上述内容以外的部分与第一实施例类似，因此其这些构造可以参考第一实施例的图2。

本实施例中，定子线圈共分为4组。每组定子线圈包括5个线圈；每个线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。每组定子线圈中各线圈的电感的相位相等；四组定子线圈中，各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路，桥式电路的电路图可以借用第一实施例中图3所示的桥式电路电路图表示。但是，此时桥式电路的桥臂X_AC由定子检测齿2101、2105、2109、2113、2117上的线圈串联构成，桥臂X_AD由定子检测齿2102、2106、2110、2114、2118上的线圈串联构成，桥臂X_BC由定子检测齿2103、2107、2111、2115、2119上的线圈串联构成，桥臂X_BD由定子检测齿2104、2108、2112、2116、2120上的线圈串联构成。同一桥臂中的电感的基波相位相等，桥式电路的4个连接节点A、B、C、D分别用4根引线引出作为旋转变压器的引出线801、802、803和804，其中引出线801和802为励磁线，引出线803和804为信号线。

本实施例中，正弦波位置信号产生的原理如下：

令定子检测齿2101、2102、2103、2104、2105、2106、2107、2108、2109、2110、2111、2112、2113、2114、2115、2116、2117、2118、2119、2120上的线圈的电感分别为L201、L202、L203、L204、L205、L206、L207、L208、L209、L210、L211、L212、L213、L214、L215、L216、L217、L218、L219、L220。由图4可以看出，随着转子的旋转角度的变化，各定子检测齿与转子凸极之间的间隙发生变化，使得各线圈的电感随之变化，其变化周期为5。为了阐述方便，忽略电感的高次谐波，各线圈的电感随转子的旋转角度θm₂的变化可以分别表示为：

L201＝L205＝L209＝L213＝L217＝L2+Lm₂*sin(5θm₂) 式(201)

L202＝L206＝L210＝L214＝L218＝L2+Lm₂*sin(5θm₂-90) 式(202)

L203＝L207＝L211＝L215＝L219＝L2+Lm₂*sin(5θm₂-180) 式(203)

L204＝L208＝L212＝L216＝L220＝L2+Lm₂*sin(5θm₂-270) 式(204)

其中，L2为电感的直流分量；

Lm₂为电感的基波幅值，

θm₂为转子的旋转角度。

由此，转子每旋转1周，各线圈的电感的基波变化5次。

参照图3的桥式电路图，由定子检测齿2101、2105、2109、2113、2117上的线圈构成的桥臂X_AC的电感L_AC为：

L_AC＝L201+L205+L209+L213+L217＝5L2+5Lm₂*sin(5θm₂) 式(205)

由定子检测齿2102、2106、2110、2114、2118上的线圈构成的桥臂X_AD的电感L_AD为：

L_AD＝L202+L206+L210+L214+L218＝5L2+5Lm₂*sin(5θm₂-90) 式(206)

由定子检测齿2103、2107、2111、2115、2119上的线圈构成的桥臂X_BC的电感L_BC为：

L_BC＝L203+L207+L211+L215+L219＝5L2+5Lm₂*sin(5θm₂-180) 式(207)

由定子检测齿2104、2108、2112、2116、2120上的线圈构成的桥臂X_BD的电感L_BD为：

L_BD＝L204+L208+L212+L216+L220＝5L2+5Lm₂*sin(5θm₂-270) 式(208)

由式(205)和式(207)，桥式电路的桥臂X_AC与桥臂X_BC的电感的差值L_ACB为：

L_ACB＝10Lm₂*sin(5θm₂) 式(209)

由式(206)和式(208)，桥式电路的桥臂X_AD与桥臂X_BD的电感的差值L_ADB为：

L_ADB＝10Lm₂*sin(5θm₂-90) 式(210)

观察式(209)和式(210)可知，L_ACB和L_ADB是随转子的旋转角度的变化相位差90度的正弦波，从而表明由此能够得到与之成比例的输出信号，通常为电压信号，即能够得到关于转子的旋转角度分别成正弦变化和余弦变化的电压信号，此即为现有技术中求取转子的旋转角度所需的基础信号，因此将这些基础信号传送给后续连接的信号处理电路或者经过简单计算即可得到转子的旋转角度θm₂。

第三实施例：

第三实施例中，K取值为7，S和N均取值为1。因而该旋转变压器的定子检测齿数为32，转子凸极数为8。图5所示为本实施例中该旋转变压器的定转子的截面示意图。定子包括定子铁心，转子包括转子铁心。定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。本实施例中，32个定子检测齿沿定子铁心均匀分布；8个转子凸极沿转子铁心的圆周在其外圆上均匀分布。

每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图5中未示出)。32个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为3101、3102、3103、3104、3105、3106、3107、3108、3109、3110、3111、3112、3113、3114、3115、3116、3117、3118、3119、3120、3121、3122、3123、3124、3125、3126、3127、3128、3129、3130、3131、3132。为了附图的简洁起见，且由于定子检测齿的分布和附图标记是有规律的，因此在图5中不一一标记各定子检测齿的附图标记，仅给出几个示例。与第一实施例和第二实施例中不同的是，本实施例中，并非每个定子检测齿上均绕有1个线圈，而是有些定子检测齿上绕有1个线圈，而有些定子检测齿上没有绕线圈。在此，仅在定子检测齿3101、3102、3103、3104、3109、3110、3111、3112、3117、3118、3119、3120、3125、3126、3127、3128上绕有线圈。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，通过电磁仿真选择转子凸极的形状，使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化。

本实施例中，该旋转变压器的构造在除了上述内容以外的部分与第一实施例和第二实施例类似，因此其这些构造可以参考第一实施例的图2。

本实施例中，定子线圈共分为4组。每组定子线圈包括4个线圈；每个线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。每组定子线圈中各线圈的电感的相位相等；四组定子线圈中，各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路，桥式电路的电路图可以借用第一实施例中图3所示的桥式电路电路图表示。但是，此时桥式电路的桥臂X_AC由定子检测齿3101、3109、3117、3125上的线圈串联构成，桥臂X_AD由定子检测齿3102、3110、3118、3126上的线圈串联构成，桥臂X_BC由定子检测齿3103、3111、3119、3127上的线圈串联构成，桥臂X_BD由定子检测齿3104、3112、3120、3128上的线圈串联构成。同一桥臂中的电感的基波相位相等，桥式电路的4个连接节点A、B、C、D分别用4根引线引出作为旋转变压器的引出线801、802、803和804，其中引出线801和802为励磁线，引出线803和804为信号线。

本实施例中，正弦波位置信号产生的原理如下：

令定子检测齿3101、3102、3103、3104、3109、3110、3111、3112、3117、3118、3119、3120、3125、3126、3127、3128上的线圈的电感分别为L301、L302、L303、L304、L309、L310、L311、L312、L317、L318、L319、L320、L325、L326、L327、L328。由图5可以看出，随着转子的旋转角度的变化，各定子检测齿与转子凸极之间的间隙发生变化，使得各线圈的电感随之变化，其变化周期为8。为了阐述方便，忽略电感的高次谐波，各线圈的电感随转子的旋转角度θm₃的变化可以分别表示为：

L301＝L309＝L317＝L325＝L3+Lm₃*sin(8θm₃) 式(301)

L302＝L310＝L318＝L326＝L3+Lm₃*sin(8θm₃-90) 式(302)

L303＝L311＝L319＝L327＝L3+Lm₃*sin(8θm₃-180) 式(303)

L304＝L312＝L320＝L328＝L3+Lm₃*sin(8θm₃-270) 式(304)

其中，L3为电感的直流分量；

Lm₃为电感的基波幅值，

θm₃为转子的旋转角度。

由此，转子每旋转1周，各线圈的电感的基波变化8次。

参照图3的桥式电路图，由定子检测齿3101、3109、3117、3125上的线圈构成的桥臂X_AC的电感L_AC为：

L_AC＝L301+L309+L317+L325＝4L3+4Lm₃*sin(8θm₃) 式(305)

由定子检测齿3102、3110、3118、3128上的线圈构成的桥臂X_AD的电感L_AD为：

L_AD＝L302+L310+L318+L326＝4L3+4Lm₃*sin(8θm₃-90) 式(306)

由定子检测齿3103、3111、3119、3127上的线圈构成的桥臂X_BC的电感L_BC为：

L_BC＝L303+L311+L319+L327＝4L3+4Lm₃*sin(8θm₃-180) 式(307)

由定子检测齿3104、3112、3120、3128上的线圈构成的桥臂X_BD的电感L_BD为：

L_BD＝L304+L312+L320+L328＝4L3+4Lm₃*sin(8θm₃-270) 式(308)

由式(305)和式(307)，桥式电路的桥臂X_AC与桥臂X_BC的电感的差值L_ACB为：

L_ACB＝8Lm₃*sin(8θm₃) 式(309)

由式(306)和式(308)，桥式电路的桥臂X_AD与桥臂X_BD的电感的差值L_ADB为：

L_ADB＝8Lm₃*sin(8θm₃-90) 式(310)

观察式(309)和式(310)可知，L_ACB和L_ADB是随转子的旋转角度的变化相位差90度的正弦波，从而表明由此能够得到与之成比例的输出信号，通常为电压信号，即能够得到关于转子的旋转角度分别成正弦变化和余弦变化的电压信号，此即为现有技术中求取转子的旋转角度所需的基础信号，因此将这些基础信号传送给后续连接的信号处理电路或者经过简单计算即可得到转子的旋转角度θm₃。

第四实施例：

第四实施例中，K和S取值为1，N取值为3，因而该旋转变压器的定子检测齿数为8，转子凸极数为10。在本实施例中，设置有8个定子解耦齿，每两个定子检测齿之间设置一个定子解耦齿(本实用新型中，当设置定子解耦齿时，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿。定子解耦齿的设置，尤其是其数量、位置和形状的选择，尽可能地减小或消除绕有线圈的不同的定子检测齿之间的磁通干扰。)。定子解耦齿的材料与定子检测齿和定子本体的材料相同，该材料为导磁材料。

图6所示为本实施例中旋转变压器的定转子的截面示意图。定子包括定子铁心，转子包括转子铁心。定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。本实施例中，8个定子检测齿沿定子铁心均匀分布；10个转子凸极沿转子铁心的圆周在其外圆上均匀分布，8个定子解耦齿设置在定子检测齿之间沿定子铁心均匀分布。

每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图6中未示出)。每个定子检测齿上绕有1个线圈，8个定子检测齿上共有8个线圈沿圆周分布，8个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为4101、4102、4103、4104、4105、4106、4107、4108。为了附图的简洁起见，且由于定子检测齿的分布和附图标记是有规律的，因此在图6中不一一标记各定子检测齿的附图标记，仅给出两个示例。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。本实施例中，通过电磁仿真选择转子凸极的形状，使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化。图6中，10表示定子解耦齿。

本实施例中，该旋转变压器的构造在除了上述内容以外的部分与第一实施例类似，因此其这些构造可以参考第一实施例的图2。

本实施例中，定子线圈共分为4组。每组定子线圈包括2个线圈；每个线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。每组定子线圈中各线圈的电感的相位相等；四组定子线圈中，各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度。四组定子线圈组成桥式电路，桥式电路的电路图可以借用第一实施例中图3所示的桥式电路图表示。但是，此时桥式电路的桥臂X_AC由定子检测齿4101、4105上的线圈串联构成，桥臂X_AD由定子检测齿4102、4106上的线圈串联构成，桥臂X_BC由定子检测齿4103、4107上的线圈串联构成，桥臂X_BD由定子检测齿4104、4108上的线圈串联构成。同一桥臂中的电感的基波相位相等，桥式电路的4个连接节点A、B、C、D分别用4根引线引出作为旋转变压器的引出线801、802、803和804，其中引出线801和802为励磁线，引出线803和804为信号线。

本实施例中，正弦波位置信号产生的原理如下：

令定子检测齿4101、4102、4103、4104、4105、4106、4107、4108上的线圈的电感分别为L401、L402、L403、L404、L405、L406、L407、L408。由图6可以看出，随着转子的旋转角度的变化，各定子检测齿与转子凸极之间的间隙发生变化，使得各线圈的电感随之变化，其变化周期为10。为了阐述方便，忽略电感的高次谐波，各线圈的电感随转子的旋转角度θm₄的变化可以分别表示为：

L401＝L405＝L4+Lm₄*sin(10θm₄) 式(401)

L402＝L406＝L4+Lm₄*sin(10θm₄-90) 式(402)

L403＝L407＝L4+Lm₄*sin(10θm₄-180) 式(403)

L404＝L408＝L4+Lm₄*sin(10θm₄-270) 式(404)

其中，L4为各电感的直流分量；

Lm₄为各电感的基波幅值，

θm₄为转子的旋转角度。

由此，转子每旋转1周，各线圈的电感的基波变化10次。

参照图3的桥式电路图，由定子检测齿4101、4105上的线圈构成的桥臂X_AC的电感L_AC为：

L_AC＝L401+L405＝2L4+2Lm₄*sin(10θm₄) 式(405)

由定子检测齿4102、4106上的线圈构成的桥臂X_AD的电感L_AD为：

L_AD＝L402+L406＝2L4+2Lm₄*sin(10θm₄-90) 式(406)

由定子检测齿4103、4107上的线圈构成的桥臂X_BC的电感L_BC为：

L_BC＝L403+L407＝2L4+2Lm₄*sin(10θm₄-180) 式(407)

由定子检测齿4104、4108上的线圈构成的桥臂X_BD的电感L_BD为：

L_BD＝L404+L408＝2L4+2Lm₄*sin(1θm₄-270) 式(408)

由式(405)和式(407)，桥式电路的桥臂X_AC与桥臂X_BC的电感的差值L_ACB为：

L_ACB＝4Lm₄*sin(10θm₄) 式(409)

由式(406)和式(108)，桥式电路的桥臂X_AD与桥臂X_BD的电感的差值L_ADB为：

L_ADB＝4Lm₄*sin(10θm₄-90) 式(410)

观察式(409)和式(410)可知，L_ACB和L_ADB是随转子的旋转角度的变化相位差90度的正弦波，从而表明由此能够得到与之成比例的输出信号，通常为电压信号，即能够得到关于转子的旋转角度分别成正弦变化和余弦变化的电压信号，此即为现有技术中求取转子的旋转角度所需的基础信号，因此将这些基础信号传送给后续连接的信号处理电路或者经过简单计算即可得到转子的旋转角度θm₄。

本实施例中，定子解耦齿设置在两个定子检测齿之间，尤其设置在两个定子检测齿之间正中央的位置。由于设置了定子解耦齿，因此实际测得的电压值与上述各式中理论上计算的电感值所对应的电压值更为接近，从而使得最终检测的旋转角度的精度大大提高；同时，定子辅助齿的设置使得该旋转变压器的响应快速性大大提高，并且简化了旋转变压器的系统结构。

以上实施例中，对转子凸极的形状的设置均使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈正弦变化，在本实用新型中，也可以设置转子凸极的形状以使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈三角波变化。

上述实施例中，由于各实施例之间差异较大的为定子检测齿的分布，各实施例之间定子检测齿的标记予以区分，其余相应部件的标记相同。

上述实施例中，转子均布置在定子的内部；在本实用新型中，转子也可以布置在定子的外部。

本实用新型还提出了一种具有上述旋转变压器的旋转体。该旋转体包括旋转体本体和上述旋转变压器。其中，旋转变压器的转动角度与旋转体本体的转动角度成规则的关系，因此能够由旋转变压器检测的角度得到旋转体本体的转动角度。

第五实施例：

第五实施例中，旋转体本体为电动机。图7所示为本实施例中旋转体的结构示意图。图7中，501表示旋转变压器与电动机共用的机壳，502表示旋转变压器的定子，503表示电动机的定子，504表示旋转变压器的转子铁心，505表示电动机的转子铁心，旋转变压器的转子铁心504与电动机的转子铁心505一同旋转，506表示转轴，5071、5072分别表示前后端盖，508表示轴承，保证转子相对定子顺畅转动，5091、5092、5093、5094表示旋转变压器的引出线，5091和5092为励磁引线，5093和5094为信号引线，5010表示电动机的引线，5011表示旋转变压器线圈，5012表示电动机线圈。本实施例中，旋转体为旋转变压器与电动机本体构成一体的一体式电动机。

第六实施例：

第六实施例中，旋转体本体为电动机。图8所示为本实施例中旋转体的结构示意图。图8中，601表示旋转变压器，602表示电动机，603表示电动机转轴，604表示旋转变压器引出线，605表示电动机引线，606为螺钉。本实施例中，旋转变压器601安装在电动机本体602的端部，电动机转轴603与旋转变压器转轴用联轴节连接同步旋转(图8中未示出)。由此可见，本实施例中，旋转体为旋转变压器与电动机本体构成的分体式结构。

本实用新型旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体采用定子线圈的电感随转子角度的变化而变化的原理检测转子的角度，基于定子检测齿数与转子凸极数的匹配，能够实现在每个定子检测齿上最多绕1组线圈，大大简化了生产工艺，有效防止了由于绕组的位置不同使得旋转变压器的一致性受到不利影响，并克服了现有技术中同一定子检测齿上不同绕组间的短路风险。同时，旋转变压器的引出线可以减少到仅4根，降低了误接线风险和安装、维护与调试的繁琐性。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种旋转变压器，包括具有定子检测齿的定子和具有转子凸极的转子，其特征在于：定子检测齿数为4*(K+1)*S，转子凸极数为(K+1)*(2N-1)*S；

其中，K、S和N均为正整数；

每个所述定子检测齿上最多绕1个线圈。

2.根据权利要求1所述的旋转变压器，其特征在于：所述旋转变压器共包括四组定子线圈；每组定子线圈包括至少一个线圈；每个所述线圈绕在一个所述定子检测齿上，每个线圈的电感随所述转子的旋转角度的变化而变化；

每组定子线圈中各线圈的电感的相位相等；

四组定子线圈中，各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度；

四组定子线圈组成桥式电路；所述桥式电路的四个接点引出四根引出线；

所述四根引出线中，两根引出线为励磁线，另外两根引出线为信号线。

3.根据权利要求2所述的旋转变压器，其特征在于：每个所述线圈的电感的直流分量相等，每个所述线圈的电感的基波幅值相等；每个所述线圈在所在定子检测齿上的位置相同；

每组所述定子线圈中，包含同样数量的线圈，且每组定子线圈中线圈的分布相同。

4.根据权利要求1所述的旋转变压器，其特征在于：所述定子检测齿数为8，所述转子凸极数为2*(2N-1)；

或者，所述定子检测齿数为12，所述转子凸极数为3*(2N-1)；优选地，所述定子检测齿数为12，所述转子凸极数为9；

或者，所述定子检测齿数为16，所述转子凸极数为4*(2N-1)；

或者，所述定子检测齿数为20，所述转子凸极数为5*(2N-1)；优选地，所述定子检测齿数为20，所述转子凸极数为5；

或者，所述定子检测齿数为24，所述转子凸极数为6*(2N-1)；

或者，所述定子检测齿数为28，所述转子凸极数为7*(2N-1)；

或者，所述定子检测齿数为32，所述转子凸极数为8*(2N-1)；优选地，所述定子检测齿数为32，所述转子凸极数为8。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的旋转变压器，其特征在于：设置所述转子凸极的形状，以使得每个所述线圈的电感随着所述转子的旋转角度的变化成正弦波式变化；

或者，设置所述转子凸极的形状，以使得每个所述线圈的电感随着所述转子的旋转角度的变化成三角波式变化。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的旋转变压器，其特征在于：具有定子机壳、端盖、轴承和转轴；

所述定子包括定子铁心，所述定子铁心安装在所述定子机壳上；

所述转子包括转子铁心，所述转子铁心安装在所述转轴上，与整个所述转子共同旋转。

7.根据权利要求2或3所述的旋转变压器，其特征在于：所述定子还包括定子解耦齿；每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿；

优选地，所述定子解耦齿的材料与所述定子检测齿和定子本体的材料相同；进一步优选地，所述材料为导磁材料；

优选地，所述定子检测齿数为8，所述定子解耦齿数为8，所述转子凸极数为10。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的旋转变压器，其特征在于：所述转子布置在所述定子的内部；

或者，所述转子布置在所述定子的外部。

9.一种具有权利要求1-8中任一项所述的旋转变压器的旋转体，其特征在于：所述旋转体包括旋转体本体和所述旋转变压器；

所述旋转变压器的旋转角度与所述旋转体本体的旋转角度成规则的关系，以由所述旋转变压器检测所述旋转体的旋转角度。

10.根据权利要求9所述的旋转体，其特征在于：所述旋转变压器的转子铁心安装在所述旋转体本体的转轴上，与所述旋转体本体同步转动且形成一体式结构，以检测所述旋转体本体的旋转角度；

所述旋转变压器的定子安装在与所述旋转体本体共用的机壳上。

11.根据权利要求9所述的旋转体，其特征在于：所述旋转变压器固定在所述旋转体本体的端部；所述旋转变压器的转轴与所述旋转体本体的转轴连接以使得所述旋转变压器和所述旋转体本体同轴转动；

优选地，所述旋转变压器的转轴与所述旋转体本体的转轴通过联轴节连接。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的旋转体，其特征在于：所述旋转体本体为电动机。