CN2909178Y - 一种多极平面绕组时栅角位移传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多极平面绕组时栅角位移传感器，由场定子、定子、转子组成，转子基板与旋转轴连接，转子基板上浇注有绝缘层，转子绕组为铜箔连续绕组，粘合在绝缘层上，组成转子；定子基板上浇注有绝缘层，定子绕组为铜箔连续绕组，粘合在绝缘层上，组成定子；场定子基板上浇注有绝缘层，场定子绕组为均匀分布的三相铜箔绕组，粘合在绝缘层上，场定子绕组的外层敷有铝箔屏蔽层，组成场定子；定子基板和场定子基板连接一体，并连接到安装传感器的壳体上；场定子与定子之间、场定子与转子之间有气隙。本实用新型可保证绕组的几何尺寸，增加传感器的极数，提高旋转磁场的线性，减少干扰和高频失真，提高时栅角位移传感器的精度及分辨率。

Description

一种多极平面绕组时栅角位移传感器

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，特别是一种用于精密测量角位移的传感器。

背景技术

中国发明专利“测量位移的方法及位移传感器”(专利号98111834.8)，公开了一种基于“时空坐标转换理论”的位移测量方法和位移传感器，通过测量时间来达到测量空间的目的，并在“场式运动坐标系”原理思想指导下，研制开发了一种全新的位移传感器——时栅，也就是说该传感器能使时钟脉冲具有唯一确定的空间当量。该发明的原理由发明人重庆大学彭东林教授等曾先后在《仪器仪表学报》发表论文“场式时栅位移传感器研究”(2003.6)和“时空坐标转换理论与时栅位移传感器研究”(2000.4)进行了阐述。该原理在“场式运动坐标系”思想指导下，即能使时钟脉冲具有唯一确定的空间当量，根据智能传感器的特点和设计方法，研制开发了一种全新的位移传感器——时栅。目前利用该原理的传感器有原理性的单齿式时栅位移传感器、电激型场式时栅位移传感器和混激型时栅位移传感器等。图1是具有代表性的实用的场式时栅位移传感器原理结构图，其定子线圈与三相交流电机的定子线圈是一样的，在转子上埋一根导线作为动测头a，在定子线圈空隙处埋一根导线作为定测头b。在定子线圈上通以在时间上相差120°的三相交流电，在空间形成转速为V的旋转磁场M，旋转磁场切割动测头a和定测头b产生感应电压，这两个感应电压的相位差与位移角θ相对应。为了提高时栅角位移传感器的精度及分辩率，就要增加传感器的极数，其分辩率与极数成正比，精度则是利用多极的平均效应和误差折算原理得以提高的，也就是说在一定范围内极数越多精度越高。但现有的时栅位移传感器采用传统的铁芯和嵌入绕组的方式来实现，由于铁芯会引起磁场的畸变，嵌入绕组难以减小尺寸，而且铁芯齿槽和绕组分布的几何尺寸难以保证，这对增加传感器的极数，提高传感器的性能有一定的局限。

发明内容

本实用新型的目的是利用场式时栅位移传感器的原理研究成果，针对现有的时栅位移传感器采用传统的铁芯和轴向嵌入绕组的方式来实现，对增加传感器的极数有一定的局限，使时栅位移传感器的精度及分辩率难以提高的问题，采用无铁芯多极平面绕组，可保证绕组的几何尺寸，增加传感器的极数，提高旋转磁场的线性，减少干扰和高频失真，提高时栅角位移传感器的精度及分辩率。

本实用新型采用的技术方案是：无铁芯多极平面绕组时栅角位移传感器由场定子、定子、转子组成，转子基板与旋转轴连接，转子基板上浇注有绝缘层，转子绕组为铜箔连续绕组，粘合在绝缘层上，组成转子；定子基板上浇注有绝缘层，定子绕组为铜箔连续绕组，粘合在绝缘层上，组成定子；场定子基板上浇注有绝缘层，场定子绕组为均匀分布的三相铜箔绕组，粘合在绝缘层上，场定子绕组的外层敷有铝箔屏蔽层，组成场定子；定子基板和场定子基板连接一体，并连接到安装传感器的壳体上；场定子与定子之间、场定子与转子之间有气隙。

当转子和定子为360对极时，场定子将均匀地分维9个扇区，每个扇区为40°，分为3个相区绕组，每个相区绕组有24根导体，相邻相区绕组间隔1°20’。

转子绕组和定子绕组均有720根导体，每根导体和间隔图形呈辐射状，导体和间隔的宽度比为2∶1。

当转子基板和定子基板采用绝缘材料时，则不需要浇注绝缘层和绝缘层。

转子基板、定子基板和场定子基板采用非磁性材料，如铝合金、工程塑料以及玻璃等。

本实用新型利用场式时栅位移传感器的原理研究成果，采用无铁芯多极平面绕组，可保证绕组的几何尺寸，增加传感器的极数，提高旋转磁场的线性，减少干扰和高频失真，提高时栅角位移传感器的精度及分辩率。

附图说明

图1为现有场式时栅位移传感器结构图。

图2为本实用新型结构图。

图3为本实用新型定子、转子绕组展开示意图。

图4为场定子绕组展开示意图。

图5为场定子一相绕组展开示意图。

具体实施方法

采用如图2所示的结构实施，转子基板1与旋转轴12筒轴连接，转子基板1上浇注有环氧固化绝缘层3(采用绝缘材料做基板时，可不要此绝缘层)，如图3所示，转子绕组2为绝缘层3上有360对极的铜箔连续绕组；定子基板4和场定子基板10连接在安装传感器的壳体13上，并与旋转轴12同轴，定子平面上浇注有环氧固化绝缘层6(采用绝缘材料做基板时，可不要此绝缘层)，如图3所示，定子绕组5为绝缘层6上有360对极的铜箔连续绕组。场定子平面上浇注有环氧固化绝缘层9(采用绝缘材料做基板时，可不要此绝缘层)，如图4、图5所示，绝缘层9上有沿圆周均布的九个绕组段组成的三相铜箔场定子绕组8，每个绕组段同相绕组首尾串连组成一相绕组，场定子绕组8外面敷有铝箔屏蔽层7；在场定子与定子、场定子与转子间有气隙11。

在原理上，只对转子上的感应输出基波进行分析，其谐波可以在绕组设计时消除。设转子与场定子间的相对位移角为θ，A、B、C分别表示三相场绕组，p为极对数，在场定子上的三相导电绕组上通以在时间上相差120°的三相交流电，则三相场绕组在转子上的感应电势，可分别写成下列形式：

E_A＝KE_mcosωtcospθ                            (1)

E_B＝KE_mcos(ωt-120°)cos(pθ-120°)            (2)

E_C＝KE_mcos(ωt+120°)cos(pθ+120°)            (3)

转子上合成的总感应电势为：

由此式可以看出，在转子上感应出一幅值一定，相位与转子和场定子在一个节距内相对角位置对应的交流电，其效果与场式时栅位移传感器的原理描述是一致的，既在场定子三相绕组上通以在时间上相差120°的三相交流电后，在定、转子方所感应的电势来看，与传统场式时栅位移传感器的空间旋转磁场在定、转子上所感应的电势是同效的，换一种说法，就是场定子三相平面绕组产生了相同效果的旋转磁场。而且定、转子连续绕组上感应电势的相位，与它们同场定子间的相对位移角θ相对应，既定、转子连续绕组上感应电势的相位差就反映了它们在空间的角位移关系，对这两个感应电势进行数字化处理就能得到实时的角位移值。

为了抑制三次谐波，绕组每根导体和间隔图形呈辐射状，导体和间隔的宽度比为2∶1。以360对极的传感器为例，将场定子整个圆周分为九个扇区，每个扇区分为三个相区，每个相区绕组有24根导体，相邻相区绕组间隔1°20′，也就是间隔电角120°，定、转子是连续绕组，均有720根导体。场定子每相绕组沿圆周均布九个绕组段，利用了整个圆周上的平均效应，对提高精度十分有利。

Claims (5)

1、一种多极平面绕组时栅角位移传感器，包括转子、定子和场定子，其特征在于转子基板(1)与旋转轴(12)同轴连接，转子基板(1)上浇注有绝缘层(3)，转子绕组(2)为360对极的铜箔连续绕组，粘合在绝缘层(3)上，组成转子；定子基板4和场定子基板10连接一体，并连接到安装传感器的壳体(13)上；定子基板(4)上浇注有绝缘层(6)，定子绕组(5)为360对极的铜箔连续绕组，粘合在绝缘层(3)上，组成定子；场定子基板(10)上浇注有绝缘层(9)，场定子绕组(8)为由均匀分布的9个绕组段组成的三相铜箔绕组，粘合在绝缘层(9)上，场定子绕组(8)的外层敷有铝箔屏蔽层(7)，组成场定子；场定子与定子之间、场定子与转子之间有气隙(11)。

2、根据权利要求1所述的多极平面绕组时栅角位移传感器，其特征在于当转子和定子为360对极时，场定子将均匀地分为9个扇区，每个扇区为40°，分为3个相区绕组，每个相区绕组有24根导体，相邻相区绕组间隔1°20′。

3、根据权利要求1所述的多极平面绕组时栅角位移传感器，其特征在于转子绕组(2)和定子绕组(5)均有720根导体，每根导体和间隔图形呈辐射状，导体和间隔的宽度比为2∶1。

4、根据权利要求1所述的多极平面绕组时栅角位移传感器，其特征在于当转子基板(1)、定子基板(4)和场定子基板(10)采用绝缘材料时，则不需要浇注绝缘层(3)和绝缘层(9)。

5、根据权利要求1或4所述的多极平面绕组时栅角位移传感器，其特征在于转子基板(1)、定子基板(4)和场定子基板(10)采用非磁性材料，如铝合金、工程塑料以及玻璃。

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