CN206772221U - 旋转角度检测装置、旋转角度检测系统和旋转体 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了旋转角度检测装置、旋转角度检测系统和旋转体。该旋转角度检测装置包括定子检测齿，还包括多个线圈，各线圈绕在定子检测齿上，每个定子检测齿上最多绕一个线圈；旋转角度检测装置包括至少一套检测线圈系统，每套检测线圈系统包括由多个线圈组成的至少4列并联的多桥臂桥式电路；从每列桥臂的上下桥臂的接点均引出一根引线作为信号线；由其中的2根信号引线的差分信号生成第一信号电压，由另外2根信号线的差分信号生成第二信号电压，第一信号电压和第二信号电压的相位差为设定的角度，以检测转子的旋转角度。本实用新型采用差分方式，在信号线较长的应用中可以大大降低信号传输过程中外来干扰的影响。

Description

旋转角度检测装置、旋转角度检测系统和旋转体

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，尤其是旋转角度检测装置和旋转体。

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。

现有电感式旋转变压器有两根励磁线和两根信号线，两根信号线中一根为正弦信号,另一根为余弦信号。在长距离传输过程中，容易受到周围的信号干扰，使检测精度受到不良影响，特别是周围干扰强烈情况下，可能导致无法正常地测量转子的旋转角度。

当前旋转变压器中，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，由于在同一定子检测齿上绕有多组绕组，在生产和使用过程中，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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种测量精度和可靠性高的旋转角度检测装置、旋转角度检测系统及旋转体。

为了达到上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种旋转角度检测装置，包括定子和转子，所述定子包括定子轭和位于所述定子轭上的定子检测齿；所述转子具有转子凸极；所述定子轭、所述定子检测齿和所述转子凸极的材料均为导磁材料；所述旋转角度检测装置还包括多个线圈，各所述线圈绕在所述定子检测齿上，每个所述定子检测齿上最多绕一个所述线圈，每个所述线圈的电感随着所述转子的旋转角度的变化而变化，以用于检测所述转子的旋转角度；所述旋转角度检测装置包括至少一套检测线圈系统，每套所述检测线圈系统包括由多个所述线圈组成的至少4列并联的多桥臂桥式电路，每列桥臂包含至少两个桥臂，每个桥臂包括至少一个线圈；所述多桥臂桥式电路的两个并联接点引出两根引出线作为励磁线，从每列桥臂的上下桥臂的接点均引出一根引线作为信号线；由其中的2根所述信号引线的差分信号生成一路随所述转子的旋转角度变化的第一信号电压，由另外2根所述信号线的差分信号生成另一路随所述转子的旋转角度变化的第二信号电压，第一信号电压和第二信号电压的相位差为设定的角度，以检测所述转子的旋转角度。

所述多桥臂桥式电路仅包含4列并联的桥臂；所述旋转角度检测装置共含有2根励磁线和4根信号线。

定子检测齿数为8*K，转子凸极数为N；其中，K和N均为正整数；优选地，K等于1，N等于2。

所有绕有线圈的所述定子检测齿沿所述定子轭的圆周呈规则分布，以确保第一信号电压和第二信号电压的相位差为90度。

所述定子还包括定子解耦齿，以减少绕有线圈的所述定子检测齿之间的磁耦合；所述定子解耦齿设置在绕有线圈的所述定子检测齿的两侧，绕有线圈的所述定子检测齿之间至少设置1个定子解耦齿；所述定子解耦齿的材料为导磁材料。

所述定子还包括定子辅助齿，以改善磁路系统的对称性；所述定子辅助齿设置在所述定子检测齿的外侧；所述定子辅助齿的材料为导磁材料。

所述定子轭所跨越的角度小于360度。

所述旋转角度检测装置包括至少两套所述检测线圈系统；至少两套所述检测线圈系统设置在同一个定子上。

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

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。

一种上述旋转角度检测装置的旋转角度检测系统，包括至少两个所述旋转角度检测装置；所述至少两个旋转角度检测装置包括第一旋转角度检测装置和第二旋转角度检测装置；第一旋转角度检测装置的转子仅包括1个转子凸极；第二旋转角度检测装置的转子包括2个或2个以上的转子凸极；第一旋转角度检测装置的转子和第二旋转角度检测装置的转子设置为同步转动。

一种包含前述旋转角度检测装置的旋转体，所述旋转体包括旋转体本体和所述旋转角度检测装置；所述旋转角度检测装置的旋转角度与所述旋转体本体的旋转角度成规则的关系，以通过所述旋转角度检测装置检测所述旋转体本体的旋转角度。

所述旋转角度检测装置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；所述旋转角度检测装置的定子安装在与所述旋转体本体共用的定子机壳上；优选地，所述旋转体本体为电动机；或者，所述旋转角度检测装置固定在所述旋转体本体的端部；所述旋转角度检测装置的转轴与所述旋转体本体的转轴连接以使得所述旋转角度检测装置和所述旋转体本体同轴转动；优选地，所述旋转角度检测装置的转轴与所述旋转体本体的转轴通过联轴节连接；优选地，所述旋转体本体为电动机。

一种前述旋转角度检测系统的旋转体，所述旋转体包括旋转体本体和所述旋转角度检测系统；所述旋转角度检测系统的旋转角度与所述旋转体本体的旋转角度成规则的关系，以通过所述旋转角度检测系统检测所述旋转体本体的旋转角度。

所述旋转角度检测系统的各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；所述旋转角度检测系统的各定子安装在与所述旋转体本体共用的机壳上；优选地，所述旋转体本体为电动机；或者，所述旋转角度检测系统固定在所述旋转体本体的端部；所述旋转角度检测系统的转轴与所述旋转体本体的转轴连接以使得所述旋转角度检测系统和所述旋转体本体同轴转动；优选地，所述旋转角度检测系统的转轴与所述旋转体本体的转轴通过联轴节连接；优选地，所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：本实用新型由于转子位置信号采用差分方式，在信号线较长的应用中可以大大降低信号传输过程中外来干扰的影响。同时，能够实现在每个定子检测齿上最多绕1个线圈，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角度检测装置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。

在旋转角度检测装置的定子轭所跨越的角度小于360度的情况下，极大地促进了旋转角度检测装置的小型化和轻量化。通过设置定子解耦齿和/或定子辅助齿，主动避免磁耦合干扰的方式，大大优化了旋转角度检测装置的精度，同时提高了其快速响应性能，简化了旋转角度检测装置的系统结构。

本实用新型能在一个旋转角度检测装置上设置两套或两套以上的检测线圈系统，相比于现有技术中具有同等可靠性的多旋转变压器系统，所需设置的旋转角度检测装置数量少，所占用的体积少，成本大大降低；相比于现有技术中设置相同数量旋转变压器的多旋转变压器系统，在占用体积相同时，可靠性则大大提高。

在本实用新型的旋转角度检测系统中，至少两个旋转角度检测装置组合使用，能够实现高精度地得到电机转子的绝对位置。

本实用新型的旋转体同样具有以上优点。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例中旋转角度检测装置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角度检测装置整体的结构示意图；

图3为本实用新型第一实施例中多桥臂桥式电路的电路图；

图4为本实用新型第二实施例中旋转角度检测装置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角度检测装置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角度检测装置的定转子的截面示意图；

图7a为本实用新型第四实施例中第一多桥臂桥式电路的电路图；

图7b为本实用新型第四实施例中第二多桥臂桥式电路的电路图；

图8a为本实用新型第五实施例中第一旋转角度检测装置的定转子的截面示意图；

图8b为本实用新型第五实施例中第二旋转角度检测装置的定转子的截面示意图；

图9a为本实用新型第五实施例中第一多桥臂桥式电路的电路图；

图9b为本实用新型第五实施例中第二多桥臂桥式电路的电路图；

图10为本实用新型第六实施例中旋转体的结构示意图；

图11为本实用新型第七实施例中旋转体的结构示意图。

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角度检测装置，该旋转角度检测装置包括定子和转子，定子包括定子轭和位于定子轭上的定子检测齿；转子具有转子凸极。定子轭、定子检测齿和转子凸极的材料均为导磁材料。该旋转角度检测装置还包括多个线圈，各线圈绕在定子检测齿上，每个定子检测齿上最多绕一个线圈，每个线圈的电感随着转子的旋转角度的变化而变化，以用于检测转子的旋转角度。

该旋转角度检测装置包括至少一套检测线圈系统，每套检测线圈系统包括由多个线圈组成的至少4列并联的多桥臂桥式电路，每列桥臂包含至少两个桥臂，每个桥臂包括至少一个线圈。多桥臂桥式电路中，每列桥臂的上下桥臂均包括至少1个线圈；多桥臂桥式电路的两个并联接点引出两根引出线作为励磁线，从每列桥臂的上下桥臂的接点均引出1根引线作为信号线。由其中的2根信号引线的差分信号生成一路随转子的旋转角度变化的第一信号电压，由另外2根信号线的差分信号生成另一路随转子的旋转角度变化的第二信号电压，第一信号电压和第二信号电压的相位差为设定的角度，以检测转子的旋转角度。

定子检测齿数为8*K，转子凸极数为N；其中，K和N均为正整数。

优选地，所有绕有线圈的定子检测齿沿定子轭的圆周呈规则分布，以确保第一信号电压和第二信号电压的相位差为90度。

优选地，定子还包括定子解耦齿(定子解耦齿上不绕线圈)，以减少绕有线圈的定子检测齿之间的磁耦合。定子解耦齿设置在绕有线圈的定子检测齿的两侧，绕有线圈的定子检测齿之间至少设置1个定子解耦齿。定子解耦齿的材料为导磁材料。

优选地，定子还包括定子辅助齿(定子辅助齿上不绕线圈)，以改善磁路系统的对称性。定子辅助齿设置在整体定子检测齿的外侧；定子辅助齿的材料为导磁材料。

本实用新型中，定子轭所跨越的角度可以小于360度，以减小体积和重量。

优选地，该旋转角度检测装置包括至少两套检测线圈系统；至少两套检测线圈系统设置在同一个定子上。

本实用新型中，该旋转角度检测装置具有定子机壳、端盖、轴承和转轴。定子包括定子铁心，定子铁心安装在定子机壳上；转子包括转子铁心，转子铁心安装在转轴上，与整个转子一同旋转。

第一实施例：

该实施例中，取K＝1、N＝2，因而该旋转角度检测装置的定子检测齿数为8，转子凸极数为2。图1所示为该旋转角度检测装置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；2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，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1101、1102、1103、1104、1105、1106、1107、1108(为了附图的简明起见，图1中并未对全部的定子检测齿进行标记，仅标记若干个定子检测齿)。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，各线圈的电感的直流分量相等，各线圈的电感的基波幅值相等。

图2所示为该旋转角度检测装置整体的结构示意图。该旋转角度检测装置包括定子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、六根引出线801、802、803、804、805、806。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。轴承室设置在旋转角度检测装置的两侧端盖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。

本实施例中，该旋转角度检测装置共包括一套检测线圈系统，该检测线圈系统包括由上述8个线圈组成的4列并联的多桥臂桥式电路，每列桥臂包括两个桥臂，每个桥臂中连接有一个线圈。本实施例中，8个定子线圈共分为8组。每组定子线圈包括1个线圈；每个线圈的电感随转子的旋转角度呈正弦变化。8组定子线圈按图3所示接成多桥臂桥式电路。图3中，桥臂X_AC由定子检测齿1101上的线圈Y1构成，桥臂X_AD由定子检测齿1107上的线圈Y7构成，桥臂X_AE由定子检测齿1102上的线圈Y2构成，桥臂X_AF由定子检测齿1108上的线圈Y8构成，桥臂X_BC由定子检测齿1103上的线圈Y3构成，桥臂X_BD由定子检测齿1105上的线圈Y5构成，桥臂X_BE由定子检测齿1104上的线圈Y4构成，桥臂X_BF由定子检测齿1106上的线圈Y6构成。

多桥臂桥式电路的6个接点A、B、C、D、E、F分别用6根引线引出作为旋转角度检测装置的引出线801、802、803、804、805、806，其中引出线801和802为励磁线，引出线803、804、805、806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上的线圈的电感分别为L101、L102、L103、L104、L105、L106、L107、L108。由图1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2。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＝L1+Lm₁*sin(2θm₁) 式(101)

L102＝L106＝L1+Lm₁*sin(2θm₁-90) 式(102)

L103＝L107＝L1+Lm₁*sin(2θm₁-180) 式(103)

L104＝L108＝L1+Lm₁*sin(2θm₁-270) 式(104)

其中，L1为本实施例中各电感的直流分量；

Lm₁为本实施例中各电感的基波幅值；

θm₁为本实施例中转子的旋转角度。

参照图3的桥式电路图，

桥臂X_AC的电感L_AC为：L_AC＝L101 式(105)

桥臂X_AD的电感L_AD为：L_AD＝L107 式(106)

桥臂X_AE的电感L_AE为：L_AE＝L102 式(107)

桥臂X_AF的电感L_AF为：L_AF＝L108 式(108)

桥臂X_BC的电感L_BC为：L_BC＝L103 式(109)

桥臂X_BD的电感L_BD为：L_BD＝L105 式(110)

桥臂X_BE的电感L_BE为：L_BE＝L104 式(111)

桥臂X_BF的电感L_BF为：L_BF＝L106 式(112)

参考图3并根据式(101)－(112)通过电路的简单计算很容易求出多桥臂桥式电路的接点C、D、E、F的输出电压是随转子的旋转角度θm₁的变化而变化的正弦信号，并且接点C的信号电压与接点D的信号电压反相，由此可以得到接点C和D之间的差分信号电压，此差分信号电压是转子的旋转角度θm₁的正弦信号；接点E的信号电压与接点F的信号电压反相，由此可以得到接点E和F之间的差分信号电压，此差分信号电压是转子的旋转角度θm₁的正弦信号，并且上述两组差分信号的相位彼此相差90度，即能够得到两组关于转子的旋转角度的相位差90度的正弦电压信号，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。

由于转子位置信号采用差分方式，在信号线较长的应用中可以大大降低信号传输过程中外来干扰的影响。同时，本实施例能够实现在每个定子检测齿上最多绕1个线圈，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角度检测装置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。

第二实施例：

该实施例中，取K＝1、N＝2，因而该旋转角度检测装置的定子检测齿数为8，转子凸极数为2；此外，在该旋转角度检测装置中，设置8个定子解耦齿，定子解耦齿上不缠绕线圈，定子解耦齿的材料为导磁材料。图4所示为该旋转角度检测装置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圆周均匀分布；8个定子解耦齿沿定子铁心圆周均匀分布，2个转子凸极沿转子铁心的圆周在其外圆上均匀分布。图4中用附图标记9标出一个定子解耦齿。

每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图4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2101、2102、2103、2104、2105、2106、2107、2108(为了附图的简明起见，图4中并未对全部的定子检测齿进行标记，仅标记若干个定子检测齿)。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，各线圈的电感的直流分量相等，各线圈的电感的基波幅值相等。

该旋转角度检测装置整体的结构示意图可参考第一实施例中的图2。

本实施例中，该旋转角度检测装置包括一套检测线圈系统，该检测线圈系统包括由上述8个线圈组成的4列并联的多桥臂桥式电路。本实施例中，8个定子线圈共分为8组。每组定子线圈包括1个线圈；每个线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。8组定子线圈连接成多桥臂桥式电路，该多桥臂桥式电路的电路图可参考第一实施例的图3。此时，桥臂X_AC由定子检测齿2101上的线圈Y1构成，桥臂X_AD由定子检测齿2107上的线圈Y7构成，桥臂X_AE由定子检测齿2102上的线圈Y2构成，桥臂X_AF由定子检测齿2108上的线圈Y8构成，桥臂X_BC由定子检测齿2103上的线圈Y3构成，桥臂X_BD由定子检测齿2105上的线圈Y5构成，桥臂X_BE由定子检测齿2104上的线圈Y4构成，桥臂X_BF由定子检测齿2106上的线圈Y6构成。

多桥臂桥式电路的6个接点A、B、C、D、E、F分别用6根引线引出作为旋转角度检测装置的引出线801、802、803、804、805、806，引出线801和802为励磁线，引出线803、804、805、806为信号线。

本实施例中，正弦波位置信号产生的原理如下：

通过以上定子检测齿和绕组的设置，根据与第一实施例相同的分析方法容易求出接点C和D之间的差分信号电压与接点E和F之间的差分信号电压为随转子的旋转角度的变化而变化的正弦波电压，其相位相差为90度，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。

除了具有第一实施例的优点外，本实施例由于定子采用了定子辅助齿，降低了定子检测齿之间的磁耦合影响，测试信号得到了改良。定子解耦齿设置在绕有线圈的定子检测齿的两侧，绕有线圈的定子检测齿之间至少设置1个定子解耦齿。

第三实施例：

该实施例中，取K＝1，N＝8，因而该旋转角度检测装置的定子检测齿数为8，转子凸极数为8。同时，在整体定子检测齿的两个外侧分别设置1个定子辅助齿，定子辅助齿上不缠绕线圈，定子辅助齿的材料为导磁材料。此外，本实施例中，定子轭的跨度小于360度。

图5所示为该旋转角度检测装置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圆周分布，各定子检测齿之间夹角为11.25度。第一辅助齿1001与定子检测齿3101之间的夹角为11.25度，第二辅助齿1002与定子检测齿3108之间的夹角为11.25度；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)。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，8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(为了附图的简明起见，图5中并未对全部的定子检测齿进行标记，仅标记若干个定子检测齿)。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，各线圈的电感的直流分量相等，各线圈的电感的基波幅值相等。

该旋转角度检测装置整体的结构示意图可参考第一实施例中的图2。

本实施例中，该旋转角度检测装置包括一套检测线圈系统，该检测线圈系统包括由上述8个线圈组成的4列并联的多桥臂桥式电路。本实施例中，8个定子线圈共分为8组。每组定子线圈包括1个线圈；每个线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。8组定子线圈连接成多桥臂桥式电路，该多桥臂桥式电路的电路图可参考第一实施例的图3。此时，桥臂X_AC由定子检测齿3101上的线圈Y1构成，桥臂X_AD由定子检测齿3107上的线圈Y7构成，桥臂X_AE由定子检测齿3102上的线圈Y2构成，桥臂X_AF由定子检测齿3108上的线圈Y8构成，桥臂X_BC由定子检测齿3103上的线圈Y3构成，桥臂X_BD由定子检测齿3105上的线圈Y5构成，桥臂X_BE由定子检测齿3104上的线圈Y4构成，桥臂X_BF由定子检测齿3106上的线圈Y6构成。

多桥臂桥式电路的6个接点A、B、C、D、E、F分别用6根引线引出作为旋转角度检测装置的引出线801、802、803、804、805、806，其中引出线801和802为励磁线，引出线803、804、805、806为信号线。

本实施例中，正弦波位置信号产生的原理如下：

通过以上定子检测齿和绕组的设置，根据与第一实施例相同的分析方法容易求出接点C和D之间的差分信号电压与接点E和F之间的差分信号电压为随转子的旋转角度的变化而变化的正弦波电压，其相位相差为90度，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。

除了具有第一实施例的优点外，本实施例由于定子轭的跨度小于360度，并非为完整的圆形，因此能减小检测系统的体积、重量以及制造成本。此外，本实施例还设置定子辅助齿，即位于整体定子检测齿的外侧的不缠绕线圈的定子齿，以改善磁路系统的对称性，提高检测精度(若没有设置定子辅助齿，最外侧的定子检测齿与内侧的定子检测齿的磁阻会不一致，从而使得各定子检测齿上线圈的电感的基波幅值和直流分量不一致，对检测精度造成不利影响)。

第四实施例：

该实施例中，取K＝2，N＝4，因而该旋转角度检测装置的定子检测齿数为16，转子凸极数为4。

图6所示为本实施例中该旋转角度检测装置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，16个定子检测齿沿定子铁心内表面均匀分布；4个转子凸极沿转子铁心的外圆表面上均匀分布。

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且仅饶有1个线圈，16个定子检测齿上共有16个线圈沿圆周分布，16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、4109、4110、4111、4112、4113、4114、4115、4116(为了附图的简明起见，图6中并未对全部的定子检测齿进行标记，仅标记若干个定子检测齿)。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，各线圈的电感的直流分量相等，各线圈的电感的基波幅值相等。

本实施例中，该旋转角度检测装置共包括两套检测线圈系统，分别为第一检测线圈系统和第二检测线圈系统。第一检测线圈系统包括绕在定子检测齿4101、4102、4103、4104、4105、4106、4107、4108上的线圈，第二检测线圈系统包括绕在定子检测齿4109、4110、4111、4112、4113、4114、4115、4116上的线圈，两套检测线圈系统分别属于两个独立的旋转角度检测装置检测线圈系统，两个检测线圈系统分别组成第一多桥臂桥式电路、第二多桥臂桥式电路。第一多桥臂桥式电路、第二多桥臂桥式电路连接后的电路示意图分别如图7a和图7b所示。

由接点A1、B1引出两根引线做为第一检测线圈系统的励磁信号，由接点C1、D1、E1、F1引出四根引线做为第一检测线圈系统的位置信号线。

由接点A2、B2引出两根引线做为第二检测线圈系统的励磁信号，由接点C2、D2、E2、F2引出四根引线做为第二检测线圈系统的位置信号线。

本实施例中，正弦波位置信号产生的原理如下：

令第一检测线圈系统检测齿4101、4102、4103、4104、4105、4106、4107、4108上的线圈的电感分别为L101、L102、L103、L104、L105、L106、L107，L108。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4。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

L101＝L105＝L4+Lm₄*sin(4θm₄) 式(401)

L102＝L106＝L4+Lm₄*sin(4θm₄-90) 式(402)

L103＝L107＝L4+Lm₄*sin(4θm₄-180) 式(403)

L104＝L108＝L4+Lm₄*sin(4θm₄-270) 式(404)

其中，L4为本实施例中各电感的直流分量；

Lm₄为本实施例中各电感的基波幅值，

θm₄为本实施例中转子的旋转角度。

通过以上定子检测齿和绕组的设置，根据与第一实施例相同的分析方法容易求出接点C1和D1之间的差分信号电压与接点E1和F1之间的差分信号电压为随转子的旋转角度的变化而变化的正弦波电压，其相位相差为90度，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。

同理，令第二检测线圈系统检测齿4109、4110、4111、4112、4113、4114、4115、4116上的线圈的电感分别为L109、L110、L111、L112、L113、L114、L115，L116。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4。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

L109＝L113＝L4+Lm₄*sin(4θm₄) 式(405)

L110＝L114＝L4+Lm₄*sin(4θm₄-90) 式(406)

L111＝L115＝L4+Lm₄*sin(4θm₄-180) 式(407)

L112＝L116＝L4+Lm₄*sin(4θm₄-270) 式(408)

其中，L4为本实施例中各电感的直流分量；

Lm₄为本实施例中各电感的基波幅值，

θm₄为本实施例中转子的旋转角度。

通过以上定子检测齿和绕组的设置，根据与第一实施例相同的分析方法容易求出接点C2和D2之间的差分信号电压与接点E2和F2之间的差分信号电压为随转子的旋转角度的变化而变化的正弦波电压，其相位相差为90度，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。

由此可见，除了具有第一实施例的优点外，本实施例在同一个定子上设置两套检测线圈系统，在使用过程中，可以将一套检测线圈系统作为备用系统，在当前使用的检测线圈系统出现故障时，切换到另一套检测线圈系统继续工作，大大提高了转子的旋转角度检测的可靠性；也可以使两套检测线圈系统同时工作检测旋转角度，检测结果相互对比，也能够大大提高检测结果的可靠性。其相比于现有技术中具有同等可靠性的多旋转变压器系统，所需设置的旋转角度检测装置数量少，所占用的体积少，成本大大降低；相比于现有技术中设置相同数量旋转变压器的多旋转变压器系统，在占用体积相同时，可靠性则大大提高。

本实用新型(包括上述各实施例)中，旋转角度检测装置均可以是旋转变压器。

本实用新型还提出了一种旋转角度检测系统，该旋转角度检测系统至少包括两个旋转角度检测装置，这些旋转角度检测装置可以为本实用新型第一主题所述的旋转角度检测装置。

优选地，其中一个旋转角度检测装置的转子仅包括1个转子凸极；一个旋转角度检测装置的转子包括2个或2个以上的转子凸极；至少这两个旋转角度检测装置的转子设置为同步转动。

第五实施例：

该实施例为旋转角度检测系统，该旋转角度检测系统包括两个旋转角度检测装置，即第一旋转角度检测装置和第二旋转角度检测装置。

第一旋转角度检测装置为本实用新型第一主题所规定的旋转角度检测装置，其中K取值1，N取值1，因此第一旋转角度检测装置的定子检测齿数为8，转子凸极数为1。第二旋转角度检测装置也为本实用新型第一主题所规定的旋转角度检测装置，其中K取值为1，N取值为10，因此第二旋转角度检测装置的定子检测齿数为8，转子凸极数为10。

图8a为本实施例中第一旋转角度检测装置的定转子的截面示意图；图8b为本实施例中第二旋转角度检测装置的定转子的截面示意图。第一旋转角度检测装置和第二旋转角度检测装置中，定子均包括定子铁心，转子均包括转子铁心，定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。第一旋转角度检测装置和第二旋转角度检测装置的8个定子检测齿沿所在的定子铁心内表面均匀分布；第二旋转角度检测装置的10个转子凸极沿第二旋转角度检测装置的转子铁心的外圆周均匀分布。

第一旋转角度检测装置和第二旋转角度检测装置的每个定子检测齿上有绝缘绕线骨架(图8a和图8b中未示出)。每个定子检测齿上绕有且仅饶有1个线圈，8个定子检测齿上共有8个线圈沿圆周分布。第一旋转角度检测装置中，8个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为5101A、5102A、5103A、5104A，5105A、5106A、5107A、5108A(为了附图的简明起见，图8a中并未对全部的定子检测齿进行标记，仅标记若干个定子检测齿)。第二旋转角度检测装置中，8个定子检测齿沿圆周顺时针分布依次为5101B、5102B、5103B、5104B，5105B、5106B、5107B、5108B(为了附图的简明起见，图8a中并未对全部的定子检测齿进行标记，仅标记若干个定子检测齿)。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，各线圈的电感的直流分量相等，各线圈的电感的基波幅值相等。

本实施例中，第一旋转角度检测装置包括一套检测线圈系统，本实施例中称为第一检测线圈系统。第一检测线圈系统包括绕在定子检测齿5101A、5102A、5103A、5104A，5105A、5106A、5107A、5108A上的线圈。本实施例中，第二旋转角度检测装置包括一套检测线圈系统，本实施例中称为第二检测线圈系统。第二检测线圈系统包括绕在定子检测齿5101B、5102B、5103B、5104B，5105B、5106B、5107B、5108B上的线圈。上述两套检测线圈系统分别属于两个定子上的独立的旋转角度检测装置检测线圈系统，两个检测线圈系统分别组成第一旋转角度检测装置的多桥臂桥式电路、第二旋转角度检测装置的多桥臂桥式电路，本实施例中分别称为第一多桥臂桥式电路和第二多桥臂桥式电路，两者的电路示意图分别如图9a和图9b所示。

由接点A1、B1引出两根引线作为第一检测线圈系统的励磁信号线，由接点C1、D1、E1、F1引出四根引线作为第一检测线圈系统的位置信号线。

由接点A2、B2引出两根引线作为第二检测线圈系统的励磁信号线，由接点C2、D2、E2、F2引出四根引线作为第二检测线圈系统的位置信号线。

通过以上第一旋转角度检测装置的定子检测齿和绕组的设置，根据与第一实施例相同的分析方法容易求出接点C1和D1之间的差分信号电压与接点E1和F1之间的差分信号电压为随转子的旋转角度的变化而变化的正弦波电压，其相位相差为90度，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θm₅。并且，此信号的周期为1，由此可得到电机转子的绝对位置。

通过以上第二旋转角度检测装置的定子检测齿和绕组的设置，根据与第一实施例相同的分析方法容易求出接点C2和D2之间的差分信号电压与接点E2和F2之间的差分信号电压为随转子的旋转角度的变化而变化的正弦波电压，其相位相差为90度，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θm₅。并且，此信号的周期为10。

第二旋转角度检测装置中，转子每旋转1周，线圈的电感变化10个周期，即转子每转36度位置信号变化1个周期，由此与第一旋转角度检测装置的结果结合可以用来细分测试区间，大大提高检测精度。

因此，本实施例中该旋转角度检测系统除了具有第一实施例中旋转角度检测装置的优点外，由第一旋转角度检测装置与第二旋转角度检测装置组合使用还可高精度地得到电机转子的绝对位置。

上述实施例中，均设置转子凸极的形状，以使得每个线圈的电感的变化部分随着转子的旋转角度的变化成正弦波变化。在本实用新型中，还可以设置转子凸极的形状，以使得每个线圈的电感的变化部分随着转子的旋转角度的变化成三角波变化。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(包括上述实施例)中，旋转角度检测装置均可以是旋转变压器。

本实用新型还提出了一种具有第一主题所述的旋转角度检测装置的旋转体。该旋转体包括旋转体本体和上述旋转角度检测装置。其中，旋转角度检测装置的旋转角度与旋转体本体的旋转角度成规则的关系，因此能够由旋转角度检测装置检测的旋转角度得到旋转体本体的旋转角度。

第六实施例：

第六实施例中，旋转体本体为电动机。图10所示为本实施例中旋转体的结构示意图。图10中，601表示旋转角度检测装置与电动机共用的机壳，602表示旋转角度检测装置的定子，旋转角度检测装置的定子602安装在与旋转体本体共用的机壳601上；603表示电动机的定子，604表示旋转角度检测装置的转子铁心，605表示电动机的转子铁心，旋转角度检测装置的转子铁心604与电动机的转子铁心605一同旋转，606表示转轴，旋转角度检测装置的转子铁心604安装在旋转体本体的转子606上，6071、6072分别表示前后端盖，608表示轴承，保证转子相对定子顺畅转动，6091、6092、6093、6094、6095、6096表示旋转角度检测装置的引出线，6091和6092为励磁引线，6093、6094、6095、6096为信号引线，6010表示电动机的引线，6011表示旋转角度检测装置线圈，6012表示电动机线圈。本实施例中，旋转体为旋转角度检测装置与电动机本体构成一体的一体式电动机。

第七实施例：

第七实施例中，旋转体本体为电动机。图11所示为本实施例中旋转体的结构示意图。图11中，701表示旋转角度检测装置，702表示电动机，703表示电动机转轴，704表示旋转角度检测装置引出线，705表示电动机引线，706为螺钉。本实施例中，旋转角度检测装置701安装在电动机本体702的端部，电动机转轴703与旋转角度检测装置转轴用联轴节连接同步旋转(图11中未示出)。由此可见，本实施例中，旋转体为旋转角度检测装置与电动机本体构成的分体式结构。

本实用新型(包括上述两个实施例)中，旋转角度检测装置均可以是旋转变压器。

此外，本实用新型还提出了一种具有第二主题所述的旋转角度检测系统的旋转体。该旋转体包括旋转体本体和上述旋转角度检测系统。其中，旋转角度检测系统的旋转角度与旋转体本体的旋转角度成规则的关系，因此能够由旋转角度检测系统检测的旋转角度得到旋转体本体的旋转角度。

第八实施例：

第八实施例中，旋转体本体为电动机，旋转角度检测系统的各转子铁心安装在旋转体本体的转轴上，与旋转体本体同步转动且形成一体式结构，以检测旋转体本体的旋转角度；旋转角度检测系统的各定子安装在与旋转体本体共用的机壳上。

第九实施例：

旋转体本体为电动机，旋转角度检测系统固定在旋转体本体的端部；旋转角度检测系统的转轴与旋转体本体的转轴连接以使得旋转角度检测系统和旋转体本体同轴转动；旋转角度检测系统的转轴与旋转体本体的转轴通过联轴节连接。

本实用新型(包括上述两个实施例)中，旋转角度检测装置均可以是旋转变压器。

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 (25)

1.一种旋转角度检测装置，其特征在于：包括定子和转子，所述定子包括定子轭和位于所述定子轭上的定子检测齿；所述转子具有转子凸极；所述定子轭、所述定子检测齿和所述转子凸极的材料均为导磁材料；

所述旋转角度检测装置还包括多个线圈，各所述线圈绕在所述定子检测齿上，每个所述定子检测齿上最多绕一个所述线圈，每个所述线圈的电感随着所述转子的旋转角度的变化而变化，以用于检测所述转子的旋转角度；

所述旋转角度检测装置包括至少一套检测线圈系统，每套所述检测线圈系统包括由多个所述线圈组成的至少4列并联的多桥臂桥式电路，每列桥臂包含至少两个桥臂，每个桥臂包括至少一个线圈；所述多桥臂桥式电路的两个并联接点引出两根引出线作为励磁线，从每列桥臂的上下桥臂的接点均引出一根引线作为信号线；由其中的2根所述信号引线的差分信号生成一路随所述转子的旋转角度变化的第一信号电压，由另外2根所述信号线的差分信号生成另一路随所述转子的旋转角度变化的第二信号电压，第一信号电压和第二信号电压的相位差为设定的角度，以检测所述转子的旋转角度。

2.根据权利要求1所述的旋转角度检测装置，其特征在于：所述多桥臂桥式电路仅包含4列并联的桥臂；所述旋转角度检测装置共含有2根励磁线和4根信号线。

3.根据权利要求1所述的旋转角度检测装置，其特征在于：定子检测齿数为8*K，转子凸极数为N；其中，K和N均为正整数。

4.根据权利要求3所述的旋转角度检测装置，其特征在于：K等于1，N等于2。

5.根据权利要求1所述的旋转角度检测装置，其特征在于：所有绕有线圈的所述定子检测齿沿所述定子轭的圆周呈规则分布，以确保第一信号电压和第二信号电压的相位差为90度。

6.根据权利要求1所述的旋转角度检测装置，其特征在于：所述定子还包括定子解耦齿，以减少绕有线圈的所述定子检测齿之间的磁耦合；所述定子解耦齿设置在绕有线圈的所述定子检测齿的两侧，绕有线圈的所述定子检测齿之间至少设置1个定子解耦齿；所述定子解耦齿的材料为导磁材料。

7.根据权利要求1所述的旋转角度检测装置，其特征在于：所述定子还包括定子辅助齿，以改善磁路系统的对称性；所述定子辅助齿设置在所述定子检测齿的外侧；所述定子辅助齿的材料为导磁材料。

8.根据权利要求1所述的旋转角度检测装置，其特征在于：所述定子轭所跨越的角度小于360度。

9.根据权利要求1所述的旋转角度检测装置，其特征在于：所述旋转角度检测装置包括至少两套所述检测线圈系统；至少两套所述检测线圈系统设置在同一个定子上。

10.根据权利要求1所述的旋转角度检测装置，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的变化部分随着所述转子的旋转角度的变化成正弦波变化；

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的变化部分随着所述转子的旋转角度的变化成三角波变化。

11.根据权利要求1所述的旋转角度检测装置，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。

12.根据权利要求1所述的旋转角度检测装置，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。

13.一种包括权利要求1至12中任一项所述的旋转角度检测装置的旋转角度检测系统，其特征在于：包括至少两个所述旋转角度检测装置；所述至少两个旋转角度检测装置包括第一旋转角度检测装置和第二旋转角度检测装置；

第一旋转角度检测装置的转子仅包括1个转子凸极；

第二旋转角度检测装置的转子包括2个或2个以上的转子凸极；

第一旋转角度检测装置的转子和第二旋转角度检测装置的转子设置为同步转动。

14.一种包含权利要求1至12中任一项所述的旋转角度检测装置的旋转体，其特征在于：所述旋转体包括旋转体本体和所述旋转角度检测装置；

所述旋转角度检测装置的旋转角度与所述旋转体本体的旋转角度成规则的关系，以通过所述旋转角度检测装置检测所述旋转体本体的旋转角度。

15.根据权利要求14所述的旋转体，其特征在于：所述旋转角度检测装置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；所述旋转角度检测装置的定子安装在与所述旋转体本体共用的定子机壳上。

16.根据权利要求15所述的旋转体，其特征在于：所述旋转体本体为电动机。

17.根据权利要求14所述的旋转体，其特征在于：所述旋转角度检测装置固定在所述旋转体本体的端部；所述旋转角度检测装置的转轴与所述旋转体本体的转轴连接以使得所述旋转角度检测装置和所述旋转体本体同轴转动。

18.根据权利要求17所述的旋转体，其特征在于：所述旋转角度检测装置的转轴与所述旋转体本体的转轴通过联轴节连接。

19.根据权利要求17所述的旋转体，其特征在于：所述旋转体本体为电动机。

20.一种包含权利要求13中所述的旋转角度检测系统的旋转体，其特征在于：所述旋转体包括旋转体本体和所述旋转角度检测系统；

所述旋转角度检测系统的旋转角度与所述旋转体本体的旋转角度成规则的关系，以通过所述旋转角度检测系统检测所述旋转体本体的旋转角度。

21.根据权利要求20所述的旋转体，其特征在于：所述旋转角度检测系统的各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；所述旋转角度检测系统的各定子安装在与所述旋转体本体共用的机壳上。

22.根据权利要求21所述的旋转体，其特征在于：所述旋转体本体为电动机。

23.根据权利要求20所述的旋转体，其特征在于：所述旋转角度检测系统固定在所述旋转体本体的端部；所述旋转角度检测系统的转轴与所述旋转体本体的转轴连接以使得所述旋转角度检测系统和所述旋转体本体同轴转动。

24.根据权利要求23所述的旋转体，其特征在于：所述旋转角度检测系统的转轴与所述旋转体本体的转轴通过联轴节连接。

25.根据权利要求23所述的旋转体，其特征在于：所述旋转体本体为电动机。