專(zhuān)利名稱(chēng)：一種圓柱式感應(yīng)同步器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圓柱式感應(yīng)同步器，應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和 自動(dòng)控制系統(tǒng)，作為高精度的角位置檢測(cè)元件，屬于自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
感應(yīng)同步器是一種高精度的微控制電機(jī)，現(xiàn)有的感應(yīng)同步器分為直線式和圓 盤(pán)式兩種結(jié)構(gòu)形式。其中，直線式感應(yīng)同步器用于測(cè)量直線位移，圓盤(pán)式感應(yīng)同 步器用于測(cè)量轉(zhuǎn)角位移。圓盤(pán)式感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，轉(zhuǎn)子圓盤(pán)基板1采用約10mm厚的環(huán) 形金屬板，轉(zhuǎn)子圓盤(pán)基板上設(shè)置四或八個(gè)轉(zhuǎn)子安裝固定孔2和轉(zhuǎn)子通軸孔3，在 轉(zhuǎn)子圓盤(pán)基板圓環(huán)形平面敷設(shè)約0.5mm厚環(huán)氧樹(shù)脂材料的轉(zhuǎn)子繞組絕緣層4，粘 壓一層約0.06mm厚的銅箔并采用機(jī)刻或蝕刻工藝制成環(huán)形平面轉(zhuǎn)子繞組5，轉(zhuǎn) 子繞組圖形如圖2所示，為單相連續(xù)繞組。轉(zhuǎn)子繞組平面上粘壓一層厚約0.02mm 的屏蔽層鋁箔6，屏蔽層與轉(zhuǎn)子繞組絕緣層與轉(zhuǎn)子圓盤(pán)短路。轉(zhuǎn)子安裝固定孔2 附近安裝耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán)形繞組7。定子圓盤(pán)基板8采用約10mm厚的環(huán)形金 屬板，定子圓盤(pán)基板上設(shè)置了四或八個(gè)定子安裝固定孔9和定子通軸孔10，在 定子圓盤(pán)基板圓環(huán)形平面敷設(shè)約0.5mm厚環(huán)氧樹(shù)脂材料的定子繞組絕緣層11， 粘壓一層約0.06mm厚的銅箔并采用機(jī)刻或蝕刻工藝制成環(huán)形平面定子繞組12， 定子繞組圖形如圖3所示，為正、余弦兩相繞組，兩相繞組分段間隔排列，定子 通軸孔10附近安裝耦合變壓器定子環(huán)形繞組13。
為了便于安裝調(diào)試和使用，環(huán)形轉(zhuǎn)子圓盤(pán)的外徑一般小于環(huán)形定子圓盤(pán)的外 徑，轉(zhuǎn)子通軸內(nèi)徑一般小于定子通軸內(nèi)徑。圓盤(pán)式感應(yīng)同步器按照定子環(huán)形圓盤(pán) 外徑Z^的尺寸， 一般有2 15英吋各種規(guī)格。轉(zhuǎn)子和定子安裝間隙0.1mm 0.3mm。轉(zhuǎn)子連續(xù)繞組和定子同相同段繞組的每?jī)蓚€(gè)相鄰的繞組線圈構(gòu)成一對(duì) 級(jí)，這兩個(gè)線圈電磁方向相反，每對(duì)級(jí)電角度2;r為一個(gè)周期。繞組極對(duì)數(shù)一般 設(shè)置180、 360、 720三種規(guī)格，即每個(gè)電角度周期分別對(duì)應(yīng)機(jī)械角度2。、 1°、 0.5°， 繞組極對(duì)數(shù)也有選擇二進(jìn)制數(shù)的特殊應(yīng)用?？拷h(huán)形圓盤(pán)的內(nèi)圓周一端繞組的極 距最小，靠近外圓周一端最大。圓盤(pán)式感應(yīng)同步器的精度等級(jí)與繞組的圖形面積 有關(guān)，如果環(huán)形圓盤(pán)基板的外徑越大并具有足夠大的環(huán)寬度，繞組的圖形面積就 越大，分度刻線的分辨率和角位置精度就越高，各種規(guī)格的綜合精度一般為 ±0.3"~±5"。通過(guò)耦合變壓器在轉(zhuǎn)子連續(xù)繞組上加交流勵(lì)磁電壓，就會(huì)在定子、轉(zhuǎn)子間的 氣隙中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，在定子兩相繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。正弦繞組中的感應(yīng)電 動(dòng)勢(shì)有效值，正比于轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組之間電角度的正弦值；余弦繞組中的感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值，正比于轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組之間電角度的余弦值。通過(guò)后級(jí)的 處理電路，可以對(duì)轉(zhuǎn)角位置進(jìn)行細(xì)分和精密測(cè)量。在定子兩相繞組上分別加正弦交流勵(lì)磁電壓和余弦交流勵(lì)磁電壓，正弦交流 勵(lì)磁電壓有效值正比于轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組之間電角度的正弦值，余弦交流勵(lì)磁 電壓有效值正比于轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組之間電角度的余弦值，就會(huì)在轉(zhuǎn)子連續(xù)繞 組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其有效值正比于角位置誤差的正弦值。通過(guò)后級(jí)的處理電 路，可以對(duì)轉(zhuǎn)角位置進(jìn)行細(xì)分和精密測(cè)量。在定子兩相繞組上分別加正弦交流勵(lì)磁電壓和余弦交流勵(lì)磁電壓，有效值相 等，就會(huì)在轉(zhuǎn)子連續(xù)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該交變信號(hào)相對(duì)于正弦交流勵(lì)磁電 壓的相位差等于轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組之間電角度的差。通過(guò)后級(jí)的處理電路，可
以對(duì)轉(zhuǎn)角位置進(jìn)行細(xì)分和精密測(cè)量。多對(duì)極的圓盤(pán)式感應(yīng)同步器只有增量測(cè)量的功能，每一對(duì)極的電角度零點(diǎn)都 可以用作整個(gè)圓周的角度測(cè)量零點(diǎn)。絕對(duì)零位圓盤(pán)式感應(yīng)同步器是在多對(duì)極繞組 的基礎(chǔ)上增加單對(duì)極繞組，實(shí)現(xiàn)絕對(duì)零位測(cè)量功能。在多對(duì)極的定、轉(zhuǎn)子環(huán)形平 面繞組的內(nèi)側(cè)再刻制單對(duì)極的定、轉(zhuǎn)子環(huán)形平面螺旋繞組，轉(zhuǎn)子平面上刻制單對(duì) 極單相連續(xù)螺旋繞組，定子平面上刻制單對(duì)極正、余弦兩相螺旋繞組。單對(duì)極繞 組用作測(cè)角粗讀數(shù)繞組，每個(gè)電角度周期對(duì)應(yīng)機(jī)械角度360°。單對(duì)極平面螺旋繞組的圈數(shù)很少，磁通量很小，信噪比很差，因此對(duì)使用條件要求很高。在實(shí)際 應(yīng)用中，也有采用圓盤(pán)式感應(yīng)同步器與旋轉(zhuǎn)變壓器同軸安裝的方式實(shí)現(xiàn)絕對(duì)零位 的功能，但是安裝結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，長(zhǎng)期穩(wěn)定性難以保證。圓盤(pán)式感應(yīng)同步器在使用中存在以下五個(gè)問(wèn)題第一，定轉(zhuǎn)子的平面刻線繞組在環(huán)形平面上展開(kāi)，繞組匝鏈的磁通量從圓周 到通軸孔逐漸減少，磁通轉(zhuǎn)角分辨率逐漸降低。要保證測(cè)試精度和信噪比，就需 要足夠大的定轉(zhuǎn)子圓盤(pán)外徑和環(huán)形徑向尺寸。第二，測(cè)試精度要求越高，定轉(zhuǎn)子圓盤(pán)外徑越大，在安裝軸系上占用的徑向 空間就越大。例如，測(cè)試精度±0.5"的圓盤(pán)式感應(yīng)同步器， 一般選擇12英吋規(guī)格， 定子軸孔最大Ol40mm，定子外徑302mm，轉(zhuǎn)子外徑264mm。而在很多應(yīng)用場(chǎng) 合，對(duì)軸系的徑向尺寸是有限制的。第三，轉(zhuǎn)子安裝在垂直于軸系的平面上，需要配置轉(zhuǎn)接法蘭盤(pán)，限制了測(cè)量 軸系的結(jié)構(gòu)，安裝使用較不方便。尤其在安裝軸徑尺寸較小時(shí)，通過(guò)法蘭盤(pán)調(diào)整 轉(zhuǎn)子繞組平面與軸系的垂直度十分困難。第四，轉(zhuǎn)子環(huán)形徑向尺寸越大，在軸系上增加的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，就會(huì)大 幅度降低軸系結(jié)構(gòu)的剛度，從而使得軸系的動(dòng)態(tài)性能變差。第五，絕對(duì)零位圓盤(pán)式感應(yīng)同步器的單對(duì)極平面螺旋繞組的圈數(shù)很少，磁通
量小，信噪比差，粗讀數(shù)精度低，因此對(duì)應(yīng)用電路和使用條件要求很高。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種磁通轉(zhuǎn)角分辨率高、占用徑向空間小、安裝使用 方便、軸系動(dòng)態(tài)性能好、粗讀數(shù)精度高的圓柱式感應(yīng)同步器。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種圓柱式感應(yīng)同步器，其特 征在于，由轉(zhuǎn)子圓柱體、轉(zhuǎn)子支架、轉(zhuǎn)子軸套、轉(zhuǎn)子絕緣層、轉(zhuǎn)子帶形柱面繞 組、轉(zhuǎn)子屏蔽層鋁箔、耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán)形繞組、定子圓柱體、定子安裝固定 孔、定子絕緣層、定子帶形柱面繞組、耦合變壓器定子環(huán)形繞組組成，在轉(zhuǎn)子 軸套和轉(zhuǎn)子圓柱體之間設(shè)置轉(zhuǎn)子支架，轉(zhuǎn)子絕緣層、轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組、轉(zhuǎn)子 屏蔽層鋁箔依次設(shè)置在轉(zhuǎn)子圓柱體外柱面上，定子絕緣層和定子帶形柱面繞組 依次設(shè)置在定子圓柱體內(nèi)柱面上，在轉(zhuǎn)子圓柱體的一端同軸設(shè)置耦合變壓器轉(zhuǎn) 子環(huán)形繞組，定子圓柱體的同一端的對(duì)應(yīng)位置上同軸設(shè)置賴(lài)合變壓器定子環(huán)形 繞組。轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組刻制為多對(duì)極連續(xù)繞組，每?jī)蓚€(gè)相鄰的導(dǎo)片構(gòu)成一個(gè)線 圈，每?jī)蓚€(gè)相鄰的線圈構(gòu)成一對(duì)級(jí)，這兩個(gè)線圈的電磁方向相反，每對(duì)級(jí)的轉(zhuǎn) 角r為一個(gè)分度周期，對(duì)應(yīng)2;r電角度，其機(jī)械角度為轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組的極對(duì)數(shù)/ 一般設(shè)置為180、 360、 720三種規(guī)格，每對(duì) 級(jí)的轉(zhuǎn)角分別對(duì)應(yīng)機(jī)械角度2°、 1°、 0.5°。針對(duì)一些特殊的應(yīng)用，極對(duì)數(shù)也可 以選擇二進(jìn)制數(shù)。定子帶形柱面繞組刻制為分段間隔排列的多對(duì)極正弦繞組和余弦繞組，在 同相同段繞組內(nèi)，每?jī)蓚€(gè)相鄰的導(dǎo)片構(gòu)成一個(gè)線圈，每?jī)蓚€(gè)相鄰的線圈構(gòu)成一 對(duì)級(jí)，這兩個(gè)線圈電磁方向相反，每對(duì)級(jí)電角度2;r為一個(gè)周期，轉(zhuǎn)角f與轉(zhuǎn)子
繞組相同。同段內(nèi)相鄰的正弦繞組和余弦繞組間隔;r/2電角度。各段內(nèi)兩相繞 組的導(dǎo)片數(shù)相等，導(dǎo)片數(shù)一般為偶數(shù)，取8 16，各相繞組的跨度角為;r電角 度。各段的同相繞組用導(dǎo)線依次交叉串連，用以消除定、轉(zhuǎn)子繞組橫向?qū)Ь€耦 合的干擾環(huán)流電勢(shì)。為了減小繞組端部耦合的非有效電動(dòng)勢(shì)造成的零位誤差，將轉(zhuǎn)子帶形柱面 繞組和定子帶形柱面繞組的端部在軸向上錯(cuò)開(kāi)2mm 4mm的距離。轉(zhuǎn)子圓柱體的外徑A^由轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組的極對(duì)數(shù)/ 和導(dǎo)片中心距^決 定，即導(dǎo)片中心距5包含了一個(gè)導(dǎo)片的寬度和兩個(gè)導(dǎo)片的間隙，5對(duì)應(yīng)半個(gè)分度 周期，是繞組的基本單位。對(duì)于一般的三種規(guī)格，極對(duì)數(shù)為180時(shí)，轉(zhuǎn)子圓柱 體外徑為導(dǎo)片中心距的l 14.59倍。極對(duì)數(shù)為360時(shí)，轉(zhuǎn)子圓柱體外徑為導(dǎo)片中 心距的229.18倍。極對(duì)數(shù)為720時(shí)，轉(zhuǎn)子圓柱體外徑為導(dǎo)片中心距的458.37倍。 定子圓柱體的內(nèi)徑尺寸略大于轉(zhuǎn)子圓柱體的外徑尺寸。轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組和定子帶形柱面繞組的導(dǎo)片寬度均勻相等，導(dǎo)片間隙均 勻相等，繞組導(dǎo)片匝鏈的磁通轉(zhuǎn)角分辨率均勻相等。而圓盤(pán)式感應(yīng)同步器的定 轉(zhuǎn)子的平面刻線繞組在環(huán)形平面上展開(kāi)，繞組匝鏈的磁通量從圓周到通軸孔逐 漸減少，磁通轉(zhuǎn)角分辨率逐漸降低，有效分辨率相當(dāng)于導(dǎo)片徑向二分之一附近 的分辨率。對(duì)于同樣的電磁參數(shù)，圓柱式感應(yīng)同步器轉(zhuǎn)子外徑一般為圓盤(pán)式感 應(yīng)同步器轉(zhuǎn)子外徑的70%，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一般不到圓盤(pán)式感應(yīng)同步器轉(zhuǎn)子的50%， 結(jié)構(gòu)剛度比圓盤(pán)式感應(yīng)同步器轉(zhuǎn)子提高一倍以上。通過(guò)電刷或耦合變壓器在轉(zhuǎn)子連續(xù)繞組上加交流勵(lì)磁電壓，就會(huì)在定子、轉(zhuǎn) 子間的氣隙中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，在定子兩相繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。正弦繞組中的
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值，正比于轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組之間電角度的正弦值；余弦繞組 中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值，正比于轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組之間電角度的余弦值。通過(guò) 后級(jí)的處理電路，可以對(duì)轉(zhuǎn)角位置進(jìn)行細(xì)分和精密測(cè)量。在定子兩相繞組上分別加正弦交流勵(lì)磁電壓和余弦交流勵(lì)磁電壓，正弦交流 勵(lì)磁電壓有效值正比于轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組之間電角度的正弦值，余弦交流勵(lì)磁 電壓有效值正比于轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組之間電角度的余弦值，就會(huì)在轉(zhuǎn)子連續(xù)繞 組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其有效值正比于角位置誤差的正弦值。通過(guò)電刷或耦合變 壓器輸出到后級(jí)的處理電路，可以對(duì)轉(zhuǎn)角位置進(jìn)行細(xì)分和精密測(cè)量。在定子兩相繞組上分別加正弦交流勵(lì)磁電壓和余弦交流勵(lì)磁電壓，有效值相 等，就會(huì)在轉(zhuǎn)子連續(xù)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該交變信號(hào)相對(duì)于正弦交流勵(lì)磁電 壓的相位差等于轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組之間電角度的差。通過(guò)電刷或耦合突壓器輸 出到后級(jí)的處理電路，可以對(duì)轉(zhuǎn)角位置進(jìn)行細(xì)分和精密測(cè)量。圓柱式感應(yīng)同步器繼承了圓盤(pán)式感應(yīng)同步器的基本工作原理，保持了精度 高、性能穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐油污、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、易于維護(hù)、使 用壽命長(zhǎng)的一系列優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為1. 繞組導(dǎo)片的線寬均勻相等，間距均勻相等，磁通轉(zhuǎn)角分辨率相對(duì)較高；2. 對(duì)徑向尺寸沒(méi)有特殊要求，占用的徑向空間??；3. 轉(zhuǎn)子可以直接套裝在軸上，轉(zhuǎn)子牽心圓柱體的外徑規(guī)格可以根據(jù)安裝需 要有較大的選擇范圍，安裝使用方便；4. 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)在軸系上增加的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，對(duì)軸系結(jié)構(gòu)的剛度影響較 小，動(dòng)態(tài)性能較好；5. 絕對(duì)零位圓柱式感應(yīng)同步器的單對(duì)極繞組，既可采用圈數(shù)較多的平面螺 旋繞組，又可采用繞線線圈繞組，便于提高單對(duì)極繞組的磁通量，提高 信噪比，提高粗測(cè)精度，有利于保證絕對(duì)零位測(cè)試功能的可靠性，更易 于推廣應(yīng)用。


圖1為分裝結(jié)構(gòu)的圓盤(pán)式感應(yīng)同步器側(cè)示剖面示意圖；圖2為圓盤(pán)式感應(yīng)同步器轉(zhuǎn)子連續(xù)繞組結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圓盤(pán)式感應(yīng)同步器定子兩相繞組結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為分裝結(jié)構(gòu)的圓柱式感應(yīng)同步器側(cè)示剖面示意圖；圖5為分裝結(jié)構(gòu)的圓柱式感應(yīng)同步器頂示剖面示意圖；圖6為圓柱式感應(yīng)同步器轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組展開(kāi)示意圖；圖7為圓柱式感應(yīng)同步器定子帶形柱面繞組展開(kāi)示意圖；圖8為分裝結(jié)構(gòu)的絕對(duì)零位圓柱式感應(yīng)同步器側(cè)示剖面示意圖；圖9為火炮跟蹤系統(tǒng)測(cè)角電路方框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)采用本發(fā)明的圓柱式感應(yīng)同步器和絕對(duì)零位圓柱式感應(yīng) 同步器的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采 用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)、相似方法及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。 實(shí)施例1圖4和圖5為一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的分裝結(jié)構(gòu)的圓柱式感應(yīng)同 步器側(cè)示剖面示意圖和頂示剖面示意圖，所述的圓柱式感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子圓柱 體14、轉(zhuǎn)子支架15、轉(zhuǎn)子軸套16、轉(zhuǎn)子定位螺孔17、轉(zhuǎn)子通軸孔18、轉(zhuǎn)子絕 緣層19、轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組20、轉(zhuǎn)子屏蔽層鋁箔21和耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán)形繞 組22，定子部分包括定子圓柱體23、定子安裝固定孔24、定子絕緣層25、定 子帶形柱面繞組26和耦合變壓器定子環(huán)形繞組27。
在轉(zhuǎn)子圓柱體14外柱面上和定子圓柱體23內(nèi)柱面上，首先敷設(shè)約0.5mm 厚的環(huán)氧樹(shù)脂絕緣層19和25，然后粘壓一層約0.06mm厚的銅箔并制成帶形柱 面繞組20和26，或者，繞組加工成帶形柔性印制電路板，再粘壓到轉(zhuǎn)子圓柱 體14外柱面上和定子圓柱體23內(nèi)柱面上的環(huán)氧樹(shù)脂絕緣層上，柔性印制電路 板可以制成多層繞組，由此提高磁通量和信噪比。轉(zhuǎn)子圓柱體14外柱面上的轉(zhuǎn) 子繞組外面再粘壓一層厚約0.02mm的屏蔽層鋁箔21 ，屏蔽層與轉(zhuǎn)子繞組絕緣 與轉(zhuǎn)子圓柱體短路。轉(zhuǎn)子圓柱體14和定子圓柱體23之間的安裝間隙即轉(zhuǎn)子屏 蔽層鋁箔21外表面到定子帶形柱面繞組26內(nèi)表面之間的氣隙距離為0.2 mm lmm，在轉(zhuǎn)子圓柱體14的一端同軸設(shè)置耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán)形繞組22，定子圓 柱體23的同一端的對(duì)應(yīng)位置上同軸設(shè)置耦合變壓器定子環(huán)形繞組27。在保證轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)剛度的前提下，應(yīng)盡量減小轉(zhuǎn)子軸套16、支架15和定子 圓柱體23的厚度尺寸，降低轉(zhuǎn)子的重量，轉(zhuǎn)子軸套16中間設(shè)有轉(zhuǎn)子通軸孔18， 一側(cè)在圓周方向等間距設(shè)置四個(gè)定位螺孔17，采用鎖緊螺絲調(diào)整轉(zhuǎn)子的同軸度 和定位，定子圓柱體23 —側(cè)在圓周上等間距設(shè)置了八個(gè)安裝固定孔24，用于 調(diào)整定子同軸度和定位。轉(zhuǎn)子圓柱體14的外徑D^由轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組20的極對(duì)數(shù)和導(dǎo)片中心距決定。導(dǎo)片中心距包含了一個(gè)導(dǎo)片的寬度和兩個(gè)導(dǎo)片的間隙，導(dǎo)片中心距對(duì)應(yīng) 半個(gè)分度周期，是繞組的基本單位。對(duì)于一般的三種規(guī)格，極對(duì)數(shù)為180時(shí)， 轉(zhuǎn)子圓柱體外徑為導(dǎo)片中心距的114.59倍。極對(duì)數(shù)為360時(shí)，轉(zhuǎn)子圓柱體外徑 為導(dǎo)片中心距的229.18倍。極對(duì)數(shù)為720時(shí)，轉(zhuǎn)子圓柱體外徑為導(dǎo)片中心距的 458.37倍。定子圓柱體的內(nèi)徑尺寸略大于轉(zhuǎn)子圓柱體的外徑尺寸。轉(zhuǎn)子帶形柱 面繞組和定子帶形柱面繞組的導(dǎo)片寬度均勻相等，導(dǎo)片間距均勻相等，繞組導(dǎo) 片匝鏈的磁通轉(zhuǎn)角分辨率均勻相等。極對(duì)數(shù)為180的圓柱式感應(yīng)同步器，精度為±0.3"，導(dǎo)片中心距最小為 0.37mm，轉(zhuǎn)子圓柱體外徑最小為042.4mm，轉(zhuǎn)子圓柱體軸向長(zhǎng)度最小為 23.6mm，整體最小尺寸為(D53mmX29mm;精度±0.5"極對(duì)數(shù)為360的圓柱式感 應(yīng)同步器，導(dǎo)片中心距最小為0.75mm，轉(zhuǎn)子圓柱體外徑最小為0171.9mm，轉(zhuǎn) 子圓柱體軸向長(zhǎng)度最小為70mm，整體最小尺寸為(D190mmX75mm;精度±1" 極對(duì)數(shù)為720的圓柱式感應(yīng)同步器，導(dǎo)片中心距最小為0.42mm，轉(zhuǎn)子圓柱體外 徑最小為(D192.5mm，轉(zhuǎn)子圓柱體軸向長(zhǎng)度最小為56mm，整體最小尺寸為 0210mmx61mm。如圖6所示，為圓柱式感應(yīng)同步器轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組展開(kāi)示意圖，轉(zhuǎn)子帶 形柱面繞組20刻為180或360或720對(duì)極連續(xù)繞組39，每?jī)蓚€(gè)相鄰的導(dǎo)片構(gòu) 成一個(gè)線圈，每?jī)蓚€(gè)相鄰的線圈構(gòu)成一對(duì)級(jí)，這兩個(gè)線圈的電磁方向相反，每 對(duì)級(jí)的轉(zhuǎn)角r為一個(gè)分度周期，對(duì)應(yīng)2;r電角度，每對(duì)級(jí)的轉(zhuǎn)角r分別對(duì)應(yīng)機(jī)械 角度2°、 1°、 0.5°。如圖7所示，為定子帶形柱面繞組展開(kāi)示意圖，定子帶形柱面繞組26設(shè)有 分段間隔排列的多對(duì)極正弦繞組40、 41、 42和余弦繞組43、 44、 45，各段的 同相繞組用導(dǎo)線依次交叉串連，用以消除定、轉(zhuǎn)子繞組橫向?qū)Ь€耦合的干擾環(huán) 流電勢(shì)。在繞組同段同相內(nèi)，每?jī)蓚€(gè)相鄰的導(dǎo)片構(gòu)成一個(gè)線圈，每?jī)蓚€(gè)相鄰的 線圈構(gòu)成一對(duì)級(jí)，這兩個(gè)線圈電磁方向相反，每對(duì)極的轉(zhuǎn)角r與轉(zhuǎn)子繞組相同。 同段內(nèi)相鄰的正弦繞組和余弦繞組間隔;r/2電角度。各段內(nèi)兩相繞組的導(dǎo)片數(shù) 相等，導(dǎo)片數(shù)一般為偶數(shù)，取8 16,各相繞組的跨度角為;r電角度，為了減 小繞組端部耦合的非有效電動(dòng)勢(shì)造成的零位誤差，將轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組20和定 子帶形柱面繞組26的端部在軸向上錯(cuò)開(kāi)2mm 4mm的距離。各種規(guī)格的分裝 結(jié)構(gòu)的圓柱式感應(yīng)同步器的綜合精度一般為±0.1" ±3"。 實(shí)施例2圖8所示為分裝結(jié)構(gòu)的絕對(duì)零位圓柱式感應(yīng)同步器側(cè)示剖面示意圖，在圓柱
式感應(yīng)同步器基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成，增加轉(zhuǎn)子圓柱體和定子圓柱體的軸向 長(zhǎng)度，上半部是原來(lái)的360對(duì)極繞組部分，下半部加長(zhǎng)的是單對(duì)極繞組部分，設(shè) 計(jì)為轉(zhuǎn)子和定子兩個(gè)整體部分。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中包括加長(zhǎng)轉(zhuǎn)子圓柱體28、加長(zhǎng)轉(zhuǎn)子 支架29、加長(zhǎng)轉(zhuǎn)子軸套30、轉(zhuǎn)子定位螺孔17、加長(zhǎng)轉(zhuǎn)子通軸孔31、轉(zhuǎn)子絕緣層 19、轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組20、轉(zhuǎn)子屏蔽層鋁箔21、耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán)形繞組22、 單對(duì)極轉(zhuǎn)子繞組磁極32、單對(duì)極轉(zhuǎn)子繞組線圈33、單對(duì)極耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán)形 繞組34，定子結(jié)構(gòu)中包括加長(zhǎng)定子圓柱體35、定子安裝固定孔24、定子絕緣層 25、定子帶形柱面繞組26、耦合變壓器定子環(huán)形繞組27、單對(duì)極定子繞組磁極 36、單對(duì)極定子繞組線圈37、單對(duì)極耦合變壓器定子環(huán)形繞組38。
絕對(duì)零位圓柱式感應(yīng)同步器中的180或360或720對(duì)極繞組構(gòu)成了精測(cè)通 道，單對(duì)極繞組構(gòu)成了粗測(cè)通道，具有絕對(duì)零位測(cè)量功能。由于采用了整體轉(zhuǎn) 子和整體定子的結(jié)構(gòu)方案，可以保證粗精耦合的可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，而且結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單便于安裝使用。
轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組20或單對(duì)極轉(zhuǎn)子繞組線圈33可以通過(guò)電刷連接到基座 電連接器，也可以通過(guò)耦合變壓器連接。電刷連接方式一般在轉(zhuǎn)子上設(shè)置導(dǎo)電 環(huán)，定子上設(shè)置電刷，成本較低，但使用壽命較低。耦合變壓器連接方式在轉(zhuǎn) 子和定子上安裝導(dǎo)磁環(huán)和線圈構(gòu)成的轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組，耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán) 形繞組22或單對(duì)極耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán)形繞組34連接轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組20或單 對(duì)極轉(zhuǎn)子繞組線圈33，耦合變壓器定子環(huán)形繞組27或單對(duì)極耦合變壓器定子 環(huán)形繞組38連接到基座電連接器，使用壽命長(zhǎng)，但成本較高。圓柱式感應(yīng)同步 器和絕對(duì)零位圓柱式感應(yīng)同步器有組裝式結(jié)構(gòu)和分裝式結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)使用需 要選擇。
圖9所示為火炮跟蹤系統(tǒng)測(cè)角電路方框圖，其中角位置發(fā)送機(jī)安裝在指揮雷 達(dá)的方位軸系上，角位置接收機(jī)安裝在火炮方位軸系上，角位置發(fā)送機(jī)和角位置
接收機(jī)均采用本實(shí)施例圖8所示絕對(duì)零位圓柱式感應(yīng)同步器，A-RT1和B-RT1 為360對(duì)極繞組，A-RT2和B-RT2為單對(duì)繞組。勵(lì)磁功率放大器輸出兩組幅值和頻率固定的交流勵(lì)磁電壓，其中勵(lì)磁電壓 ^(0-t/a^ncV通過(guò)賴(lài)合變壓器定子環(huán)形繞組和耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán)形繞組加 在發(fā)送機(jī)A-RT1轉(zhuǎn)子連續(xù)繞組上，勵(lì)磁電壓"￡2(,) = f/￡2.sine;/通過(guò)單對(duì)極耦合 變壓器定子環(huán)形繞組和單對(duì)極耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán)形繞組加在發(fā)送機(jī)A-RT2轉(zhuǎn)子 連續(xù)繞組上。當(dāng)指揮雷達(dá)方位軸的角位置為《， A-RT1定子兩相繞組中產(chǎn)生感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)<formula>formula see original document page 15</formula> (3)其中，A=360。兩相信號(hào)分別經(jīng)過(guò)隔離放大后加在接收機(jī)的360對(duì)極繞組 B-RT1的兩相繞組上。單對(duì)極繞組A-RT2定子兩相繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)<formula>formula see original document page 15</formula> (4)其中，/ 2=1。兩相信號(hào)分別經(jīng)過(guò)隔離放大后加在接收機(jī)的單對(duì)極繞組B-RT2 的兩相繞組上。假設(shè)火炮方位軸的瞬時(shí)角位置為- ，接收機(jī)的360對(duì)極繞組B-RT1轉(zhuǎn)子連 續(xù)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)耦合變壓器定子環(huán)形繞組和耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán) 形繞組輸出<formula>formula see original document page 15</formula> (5) 接收機(jī)的單對(duì)極繞組B-RT2轉(zhuǎn)子連續(xù)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)單對(duì)極 耦合變壓器定子環(huán)形繞組和單對(duì)極耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán)形繞組輸出ee2B ") = ￡2fl . sincy. sin-^- (6)接收機(jī)輸出的B-RT1和B-RT2電動(dòng)勢(shì)經(jīng)過(guò)角位置誤差放大器分別進(jìn)行隔離 放大和采樣解調(diào)后，變換為直流信號(hào)^一21") (7) 《.sin"" (8)當(dāng)指揮雷達(dá)方位軸和火炮方位軸的角位置誤差較大時(shí)，即《-/ 20.5°或 a-A^-0.5°，精測(cè)通道不能有效地反映角位置誤差，火炮跟蹤系統(tǒng)以粗測(cè)通道 輸出值"^作為誤差輸入進(jìn)行粗測(cè)控制，火炮方位軸在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下不斷減小角 位置誤差。當(dāng)角位置誤差進(jìn)入-0.5<"-々<0.5°范圍時(shí)，火炮跟蹤系統(tǒng)以精測(cè) 通道輸出值eew作為誤差輸入進(jìn)行精密控制，火炮方位軸在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)對(duì) 指揮雷達(dá)方位軸的精密跟蹤。
權(quán)利要求
1.一種圓柱式感應(yīng)同步器，其特征在于，由轉(zhuǎn)子圓柱體(14)、轉(zhuǎn)子支架(15)、轉(zhuǎn)子軸套(16)、轉(zhuǎn)子絕緣層(19)、轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組(20)、轉(zhuǎn)子屏蔽層鋁箔(21)和耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán)形繞組(22)、定子圓柱體(23)、定子安裝固定孔(24)、定子絕緣層(25)、定子帶形柱面繞組(26)和耦合變壓器定子環(huán)形繞組(27)組成，在轉(zhuǎn)子軸套(16)和轉(zhuǎn)子圓柱體(14)之間設(shè)置轉(zhuǎn)子支架(15)，轉(zhuǎn)子絕緣層(19)、轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組(20)、和轉(zhuǎn)子屏蔽層鋁箔(21)依次設(shè)置在轉(zhuǎn)子圓柱體(14)外柱面上，定子絕緣層(25)和定子帶形柱面繞組(26)依次設(shè)置在定子圓柱體(23)內(nèi)柱面上，在轉(zhuǎn)子圓柱體(14)的一端同軸設(shè)置耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán)形繞組(22)，定子圓柱體(23)的同一端的對(duì)應(yīng)位置上同軸設(shè)置耦合變壓器定子環(huán)形繞組(27)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓柱式感應(yīng)同步器，其特征在于，轉(zhuǎn)子帶形柱 面繞組(20)設(shè)有180或360或720對(duì)極連續(xù)繞組(39)，每?jī)蓚€(gè)相鄰的導(dǎo) 片構(gòu)成一個(gè)線圈，每?jī)蓚€(gè)相鄰線圈構(gòu)成一對(duì)級(jí)，這兩個(gè)線圈的電磁方向相 反，每對(duì)級(jí)的轉(zhuǎn)角z"為一個(gè)分度周期，對(duì)應(yīng)2;r電角度，每對(duì)級(jí)的轉(zhuǎn)角r分 別對(duì)應(yīng)機(jī)械角度2。、 1°、 0.5°。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓柱式感應(yīng)同步器，其特征在于，定子帶形柱 面繞組(26)設(shè)有分段間隔排列的正弦繞組(40、 41、 42)和余弦繞組(43、 44、 45),各段的同相繞組通過(guò)導(dǎo)線依次交叉串連，在繞組同段同相內(nèi)， 每?jī)蓚€(gè)相鄰的導(dǎo)片構(gòu)成一個(gè)線圈，每?jī)蓚€(gè)相鄰的線圈構(gòu)成一對(duì)級(jí)，每對(duì)極 的轉(zhuǎn)角r與轉(zhuǎn)子繞組相同，同段內(nèi)相鄰的正弦繞組和余弦繞組間隔;r/2電 角度，各段內(nèi)兩相繞組的導(dǎo)片數(shù)相等，導(dǎo)片數(shù)一般為偶數(shù)，取8 16，各 相繞組的跨度角為;r電角度，所述的轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組(20)和定子帶形 柱面繞組(26)的端部在軸向上錯(cuò)開(kāi)2mm 4mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種圓柱式感應(yīng)同步器，其特征在于，對(duì)極連續(xù)繞 組(39)極對(duì)數(shù)為180時(shí)，轉(zhuǎn)子圓柱體(14)的外徑Z)船為導(dǎo)片中心距的 U4.59倍，極對(duì)數(shù)為360時(shí)，轉(zhuǎn)子圓柱體(14)的外徑Z^。為導(dǎo)片中心距 的229.18倍，極對(duì)數(shù)為720時(shí)，轉(zhuǎn)子圓柱體(14)的外徑Z)^為導(dǎo)片中心 距的458.37倍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種圓柱式感應(yīng)同步器，其特征在于，極對(duì)數(shù)為180 的圓柱式感應(yīng)同步器，精度為士0.3"，導(dǎo)片中心距最小為0.37mm,轉(zhuǎn)子圓 柱體外徑最小為①42.4mm，轉(zhuǎn)子圓柱體軸向長(zhǎng)度最小為23.6mm，整體最 小尺寸為0)53mmX29mm;精度±0.5"極對(duì)數(shù)為360的圓柱式感應(yīng)同步器， 導(dǎo)片中心距最小為0.75mm，轉(zhuǎn)子圓柱體外徑最小為0171.9mm，轉(zhuǎn)子圓柱 體軸向長(zhǎng)度最小為70mm，整體最小尺寸為<I>190mmX75mm;精度±1"極 對(duì)數(shù)為720的圓柱式感應(yīng)同步器，導(dǎo)片中心距最小為0.42mm，轉(zhuǎn)子圓柱 體外徑最小為①192.5mm，轉(zhuǎn)子圓柱體軸向長(zhǎng)度最小為56mm，整體最小 尺寸為0)210mmx61mmo
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓柱式感應(yīng)同步器，其特征在于，增加轉(zhuǎn)子圓 柱體(14)和定子圓柱體(23)的軸向長(zhǎng)度，在加長(zhǎng)轉(zhuǎn)子圓柱體(28)加 長(zhǎng)的位置上設(shè)置單對(duì)極轉(zhuǎn)子繞組磁極(32)、單對(duì)極轉(zhuǎn)子繞組線圈(33) 和單對(duì)極耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán)形繞組(34)，在加長(zhǎng)定子圓柱體(35)加長(zhǎng) 的位置上設(shè)置單對(duì)極定子繞組磁極(36)、單對(duì)極定子繞組線圈(37)和 單對(duì)極耦合變壓器定子環(huán)形繞組(38)。或者，增加轉(zhuǎn)子圓柱體和定子圓 柱體以及兩側(cè)絕緣層的軸向長(zhǎng)度，在加長(zhǎng)轉(zhuǎn)子圓柱體(28)的加長(zhǎng)位軍上 設(shè)置單對(duì)極螺旋刻線轉(zhuǎn)子繞組和單對(duì)極耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán)形繞組(34)， 在加長(zhǎng)定子圓柱體(35)的加長(zhǎng)位置上設(shè)置單對(duì)極螺旋刻線定子繞組和單 對(duì)極耦合變壓器定子環(huán)形繞組(38)。 7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種圓柱式感應(yīng)同步器，其特征在于，精度±0.3" 極對(duì)數(shù)為180的圓柱式感應(yīng)同步器，整體最小尺寸為053mmx60mm;精 度士0.5"極對(duì)數(shù)為360的圓柱式感應(yīng)同步器，整體最小尺寸為 0)190mmxi06mm;精度士l"極對(duì)數(shù)為720的圓柱式感應(yīng)同步器，整體最小 尺寸為0210mmx92mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圓柱式感應(yīng)同步器，其特征在于，在轉(zhuǎn)子軸套和轉(zhuǎn)子圓柱體之間設(shè)置轉(zhuǎn)子支架，轉(zhuǎn)子絕緣層、轉(zhuǎn)子帶形柱面繞組、和轉(zhuǎn)子屏蔽層鋁箔依次設(shè)置在轉(zhuǎn)子圓柱體外柱面上，定子絕緣層和定子帶形柱面繞組依次設(shè)置在定子圓柱體內(nèi)柱面上，在轉(zhuǎn)子圓柱體的一端同軸設(shè)置耦合變壓器轉(zhuǎn)子環(huán)形繞組，定子圓柱體的同一端的對(duì)應(yīng)位置上同軸設(shè)置耦合變壓器定子環(huán)形繞組。本發(fā)明繼承了直線式和圓盤(pán)式感應(yīng)同步器的基本工作原理，保持了精度高、性能穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐油污、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、易于維護(hù)、使用壽命長(zhǎng)的一系列優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有磁通轉(zhuǎn)角分辨率高、徑向尺寸小、安裝方便、軸系動(dòng)態(tài)性能好、粗測(cè)通道精度高的優(yōu)點(diǎn)，更易于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01B7/30GK101126625SQ200710044580
公開(kāi)日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月3日
發(fā)明者金少舫 申請(qǐng)人:金少舫