CN206619470U - 磁阻式多极旋转变压器 - Google Patents

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王伟庭
樊君莉
沈桂霞
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Abstract

本实用新型公开一种磁阻式多极旋转变压器，该磁阻式多极旋转变压器包括转子和定子，所述定子包括定子铁心、输入绕组、输出绕组和补偿绕组；所述输入绕组、输出绕组和补偿绕组绕设于所述定子铁心上，所述补偿绕组与所述输出绕组串接呈一体设置，所述补偿绕组用以补偿所述输出绕组的电压恒定分量。本实用新型技术方案提出了一种电压恒定分量补偿结构简单的磁阻式多极旋转变压器。

Description

磁阻式多极旋转变压器
技术领域
本实用新型涉及旋转变压器领域，特别涉及一种磁阻式多极旋转变压器。
背景技术
磁阻式多极旋转变压器是一种基于磁阻变化原理的高精度角位置传感器，具有结构简单、测量精度高等优点。如图1所示，磁阻式多极旋转变压器由定子、转子组成，输入绕组R1’R3’和输出绕组S1’S3’、S2’S4’均绕制在定子铁心上。当转子相对定子转动时，气隙磁导发生变化，从而导致输入绕组R1’R3’和输出绕组S1’S3’、S2’S4’之间的互感发生变化，输出绕组S1’S3’、S2’S4’的感应电势相应发生变化，以探测转子的转动角位置信息。在磁阻式多极旋转变压器中，由于输入绕组R1’R3’和输出绕组S1’S3’、S2’S4’均绕制在定子铁心上，绕组间存在不通过空气隙及转子直接耦合的磁通，同时绕组间杂散电容增加感应出干扰电压，使得输出绕组的输出电压的正半波和负半波的幅值不等，如图2所示，为输出绕组的输出电压Uo’随转子转动角度α’的关系示意图，即输出绕组的输出电压Uo’存在电压恒定分量，严重影响了产品的测量精度。
在现有技术中，为了补偿输出绕组的电压恒定分量，如图1所示，在定子铁心上设置有两套对称的补偿绕组S1’S3’和S2’S4’，在S1’S3’和B1’B3’之间串联有第一分压电阻，在S2’S4’和B2’B4’之间串联有第二分压电阻(图中未示出第一分压电阻和第二分压电阻)，在分压电阻的作用下，补偿绕组产生与电压恒定分量的幅值相等、相位相反的恒定电势，对输出绕组的电压恒定分量进行补偿，使输出电压的正半波和负半波的幅值相等，以提高精度。其中，补偿绕组S1’S3’和S2’S4’的绕制方式与输入绕组R1’R3’相似，均为逐槽反向串接。
在确定补偿绕组的匝数和分压电阻的阻值过程中，如图3所示，从基准电气零位上开始，测量余弦输出绕组S1’S3’一个周期内的电压正幅值和电压负幅值，调整可变电阻箱，使余弦输出电压Uc’的正幅值与负幅值的绝对值之差尽可能小，得到分压电阻的阻值并记录，继续实验直至校准，正弦输出绕组S2’S4’的校准方法同余弦输出绕组S1’S3’。
然而，这种补偿方式需要在磁阻式多极旋转变压器中额外设置两套补偿绕组和补偿电阻，补偿绕组具有独立的接线端，且逐槽反向串接于定子铁心上，并与补偿电阻和输出绕组连接，导致磁阻式多极旋转变压器的电路结构复杂。且在校准过程中，补偿电阻值的确定过程繁琐。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提出一种磁阻式多极旋转变压器，旨在解决上述补偿电路复杂繁琐的问题，提出一种补偿结构简单的磁阻式多极旋转变压器。
为实现上述目的，本实用新型提出的磁阻式多极旋转变压器，包括转子和定子，所述定子包括定子铁心、输入绕组、输出绕组和补偿绕组；所述输入绕组、输出绕组和补偿绕组绕设于所述定子铁心上，所述补偿绕组与所述输出绕组串接呈一体设置，所述补偿绕组用以补偿所述输出绕组的电压恒定分量。
优选地，所述定子铁心由多个定子叠片叠制而成，所述定子叠片为硅钢片。
优选地，所述定子铁心包括铁心本体和定子齿，所述铁心本体呈圆环状；至少两所述定子齿均匀排布于所述铁心本体的内圆周上，相邻两所述定子齿之间形成定子槽。
优选地，所述补偿绕组绕设于所述定子齿上。
优选地，所述输出绕组包括正弦输出绕组和余弦输出绕组；所述输入绕组、所述正弦输出绕组和所述余弦输出绕组沿所述定子铁心的径向方向间隔绕设。
优选地，所述补偿绕组包括正弦补偿绕组和余弦补偿绕组，所述正弦补偿绕组与所述正弦输出绕组串接呈一体设置；所述余弦补偿绕组与所述余弦输出绕组串接呈一体设置；所述正弦补偿绕组和所述余弦补偿绕组分别绕设于不同的所述定子齿上。
优选地，所述正弦输出绕组与所述余弦输出绕组的有效匝数相等。
优选地，所述磁阻式多极旋转变压器的比例系数K为(Us0+Uc0)Ni/(2Ui0No)，Ui0为所述输入绕组的额定激励电压，Us0为激励电压为Ui0时所述正弦输出绕组的最大输出电压，Uc0为激励电压为Ui0时所述余弦输出绕组的最大输出电压，Ni为所述输入绕组的匝数，No为所述正弦输出绕组或所述余弦输出绕组的有效匝数。
优选地，所述正弦补偿绕组的匝数为(Uws/Ui0)*(Ni/K)，Uws为所述正弦输出绕组的电压恒定分量。
优选地，所述余弦补偿绕组的匝数为(Uwc/Ui0)*(Ni/K)，Uwc为所述余弦输出绕组的电压恒定分量。
本实用新型技术方案中，磁阻式多极旋转变压器包括转子和定子，定子包括定子铁心100、输入绕组R1R3、输出绕组S1A、S2B和补偿绕组AS3、BS4，输入绕组R1R3、输出绕组S1A，S2B和补偿绕组AS3、BS4绕设于定子铁心100上，补偿绕组AS3、BS4与输出绕组S1A，S2B串接呈一体设置，定子铁心100用以增大输入绕组R1R3和输出绕组S1A、S2B之间的互感，输入绕组R1R3在激励电压的作用下，产生感应磁场，在输出绕组S1A、S2B中产生感应电势，补偿绕组AS3、BS4分别与输出绕组S1A、S2B串接，以补偿由于输入绕组R1R3和输出绕组S1A、S2B的耦合、绕组间杂散电容等感应产生的干扰电压，消除外接线端S1S3和S2S4输出的电压恒定分量，提出一种结构简单的磁阻式多极旋转变压器。
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为现有技术中磁阻式多极旋转变压器的定子结构示意图；
图2为现有技术中磁阻式多极旋转变压器的输出电压与转子转动角度的关系示意图；
图3为现有技术中磁阻式多极旋转变压器的校准电路示意图；
图4为本实用新型磁阻式多极旋转变压器一实施例的定子结构示意图；
图5为图4中磁阻式多极旋转变压器的电路结构示意图。
本实用新型目的的实现、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，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明，若本实用新型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(如附图所示)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，若本实用新型实施例中有涉及“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，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，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
本实用新型提出一种磁阻式多极旋转变压器。
在本实用新型实施例中，如图4所示，该磁阻式多极旋转变压器包括转子和定子，定子包括定子铁心100、输入绕组R1R3、输出绕组S1A，S2B和补偿绕组AS3、BS4，输入绕组R1R3、输出绕组S1A，S2B和补偿绕组AS3、BS4绕设于定子铁心上，补偿绕组AS3、BS4与输出绕组S1A，S2B串接呈一体设置，补偿绕组AS3、BS4用以补偿输出绕组S1A，S2B的电压恒定分量。
具体的，磁阻式多极旋转变压器可用于测量转动角度或转动角速度。通常，转子同心设置于圆环状定子的内侧(图4中未示出转子)，转子铁心的外缘具有转子齿，定子铁心100的内缘具有定子齿120，转子相对定子的转动导致气隙磁场的变化，进而导致输出绕组上的感应电势的变化。在磁阻式多极旋转变压器中，输入绕组R1R3和输出绕组S1A，S2B均绕设于定子铁心100上，在转子相对定子转动的过程中，气隙磁导发生变化，每转过一个转子齿距，气隙磁导变化一个周期，当转子转动一周时，气隙磁导变化转子齿数个周期。其中，转子齿数即为磁极式多极旋转变压器的极对数。为了补偿绕组间直接耦合的磁通、杂散电容等产生的干扰电压所引起的输出电压的恒定分量，本实用新型中的磁阻式多极旋转变压器还包括补偿绕组AS3、BS4，其中，补偿绕组AS3与输出绕组S1A串接呈一体设置，也就是补偿绕组AS3与输出绕组S1A实质是同一个线圈绕组的两部分，以S1、S3为该线圈绕组的外接线端，以输出补偿后的电压，补偿绕组BS4与输出绕组S2B串接呈一体设置，也就是补偿绕组BS4与输出绕组S2B实质是同一个线圈绕组的两部分，以S2、S4为该线圈绕组的外接线端，以输出补偿后的电压。根据电压恒定分量确定补偿绕组与输出绕组的正向串接或反向串接，以实现补偿，使线圈绕组的外接线端S1S3或S2S4的输出电压正半波和负半波幅值相当，从而改善磁阻式多极旋转变压器的测量精度。
本实用新型技术方案中，磁阻式多极旋转变压器包括转子和定子，定子包括定子铁心100、输入绕组R1R3、输出绕组S1A、S2B和补偿绕组AS3、BS4，输入绕组R1R3、输出绕组S1A，S2B和补偿绕组AS3、BS4绕设于定子铁心100上，补偿绕组AS3、BS4与输出绕组S1A，S2B串接呈一体设置，定子铁心100用以增大输入绕组R1R3和输出绕组S1A、S2B之间的互感，输入绕组R1R3在激励电压的作用下，产生感应磁场，在输出绕组S1A、S2B中产生感应电势，补偿绕组AS3、BS4分别与输出绕组S1A、S2B串接，以补偿由于输入绕组R1R3和输出绕组S1A、S2B的耦合、绕组间杂散电容等感应产生的干扰电压，消除外接线端S1S3和S2S4输出的电压恒定分量，提出一种结构简单的磁阻式多极旋转变压器。
在本实用新的一实施例中，定子铁心由多个定子叠片叠制而成，定子叠片为硅钢片，硅钢片是一种含碳极低的硅铁软磁合金，具有较高的电阻率和磁导率，有利于降低矫顽力和铁损，改善磁阻式多极旋转变压器的性能。
在本实施例中，如图4所示，定子铁心100包括铁心本体110和定子齿120，铁心本体110呈圆环状，至少两定子齿120均匀排布于铁芯本体110的内圆周上，相邻两定子齿120之间形成定子槽。输入绕组R1R3逐槽反向串接，输出绕组包括正弦输出绕组S2B和余弦输出绕组S1A，相应的，补偿绕组包括正弦补偿绕组BS4和余弦补偿绕组AS3，正弦输出绕组S2B和正弦补偿绕组BS4串接呈一体设置，余弦输出绕组S1A和余弦补偿绕组AS3串接呈一体设置，正弦输出绕组S2B和余弦输出绕组S1A的匝数按正余弦规律变化，且输入绕组R1R3、正弦输出绕组S2B和余弦输出绕组S1A沿定子铁心100的径向方向间隔绕设，以优化磁场的分布，减少绕组之间的干扰，且使得定子的整体结构简洁明了。
进一步的，补偿绕组绕设于定子齿上，由于电压恒定分量相对输出电压较小，一般为几伏，因此，补偿绕组的匝数也较少，一般几匝补偿绕组即可实现对电压恒定分量的补偿。正弦补偿绕组BS4和余弦补偿绕组AS3分别绕设于不同的定子齿120上，以减少正弦补偿绕组BS4和余弦补偿绕组AS3之间的干扰。
在本实施例中，正弦输出绕组S2B和余弦输出绕组S1A的有效匝数相等，在输入绕组R1R3的激励作用下，分别产生正弦信号和余弦信号，经解算后可获知转子的转动角位置信息。补偿绕组的匝数可根据实验中输出电压的恒定分量确定，在确定补偿绕组的匝数后，只需根据确定的补偿绕组的匝数在生产过程中直接绕制补偿绕组，即可实现磁阻式多极旋转变压器的大规模批量生产。
本实施例中的电路结构示意图如图5所示，其中，正弦补偿绕组BS4的匝数Ns可根据Ns＝(Uws/Ui0)*(Ni/K)确定，Uws为正弦输出绕组S2B的电压恒定分量。余弦补偿绕组AS3的匝数Nc可根据Nc＝(Uwc/Ui0)*(Ni/K)确定，Uwc为余弦输出绕组S1A的电压恒定分量。
其中，正弦输出绕组S2B的电压恒定分量Uws和余弦输出绕组S1A的电压恒定分量Uwc为最大输出电压的正幅值与负幅值之差。K为磁阻式多极旋转变压器的比例系数，与电路结构有关，可根据K＝(Us0+Uc0)Ni0/(2UiNo)确定，其中，Ui0为输入绕组R1R3的额定激励电压，Us0为激励电压为Ui0时正弦输出绕组S2B的最大输出电压，Uc0为激励电压为Ui0时余弦输出绕组S1A的最大输出电压，Ni为输入绕组的匝数，No为正弦输出绕组S2B或余弦输出绕组S1A的有效匝数。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型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实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁阻式多极旋转变压器，包括转子和定子，其特征在于，所述定子包括：
定子铁心；
输入绕组，绕设于所述定子铁心上；
输出绕组，绕设于所述定子铁心上；
补偿绕组，绕设于所述定子铁心上，所述补偿绕组与所述输出绕组串接呈一体设置，所述补偿绕组用以补偿所述输出绕组的电压恒定分量。
2.如权利要求1所述的磁阻式多极旋转变压器，其特征在于，所述定子铁心由多个定子叠片叠制而成，所述定子叠片为硅钢片。
3.如权利要求1或2所述的磁阻式多极旋转变压器，其特征在于，所述定子铁心包括：
铁心本体，所述铁心本体呈圆环状；
定子齿，至少两所述定子齿均匀排布于所述铁心本体的内圆周上，相邻两所述定子齿之间形成定子槽。
4.如权利要求3所述的磁阻式多极旋转变压器，其特征在于，所述补偿绕组绕设于所述定子齿上。
5.如权利要求3所述的磁阻式多极旋转变压器，其特征在于，所述输出绕组包括正弦输出绕组和余弦输出绕组；所述输入绕组、所述正弦输出绕组和所述余弦输出绕组沿所述定子铁心的径向方向间隔绕设。
6.如权利要求5所述的磁阻式多极旋转变压器，其特征在于，所述补偿绕组包括：
正弦补偿绕组，与所述正弦输出绕组串接呈一体设置；
余弦补偿绕组，与所述余弦输出绕组串接呈一体设置；
所述正弦补偿绕组和所述余弦补偿绕组分别绕设于不同的所述定子齿上。
7.如权利要求6所述的磁阻式多极旋转变压器，其特征在于，所述正弦输出绕组与所述余弦输出绕组的有效匝数相等。
8.如权利要求7所述的磁阻式多极旋转变压器，其特征在于，所述磁阻式多极旋转变压器的比例系数K为(Us0+Uc0)Ni/(2Ui0No)，Ui0为所述输入绕组的额定激励电压，Us0为激励电压为Ui0时所述正弦输出绕组的最大输出电压，Uc0为激励电压为Ui0时所述余弦输出绕组的最大输出电压，Ni为所述输入绕组的匝数，No为所述正弦输出绕组或所述余弦输出绕组的有效匝数。
9.如权利要求8所述的磁阻式多极旋转变压器，其特征在于，所述正弦补偿绕组的匝数为(Uws/Ui0)*(Ni/K)，Uws为所述正弦输出绕组的电压恒定分量。
10.如权利要求8所述的磁阻式多极旋转变压器，其特征在于，所述余弦补偿绕组的匝数为(Uwc/Ui0)*(Ni/K)，Uwc为所述余弦输出绕组的电压恒定分量。
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