本實(shí)用新型屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種變壓器和旋轉(zhuǎn)體,尤其是旋轉(zhuǎn)變壓器和旋轉(zhuǎn)體。
背景技術(shù):
電動汽車、工業(yè)自動化、機(jī)器人、紡織機(jī)械和航空航天等行業(yè)均離不開旋轉(zhuǎn)電機(jī)的高性能控制,因而需要電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度傳感器,并且經(jīng)常要求將其應(yīng)用在高溫環(huán)境下。
當(dāng)前,光電式角度編碼器因可以容易地實(shí)現(xiàn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的檢測而得到了廣泛應(yīng)用,但這種光電式角度編碼器含有光電元器件和半導(dǎo)體器件,因而無法應(yīng)用在高溫環(huán)境中。
旋轉(zhuǎn)變壓器是一種可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度檢測的傳感器,由于其不使用光電轉(zhuǎn)換器件,因而可以在較高溫度的環(huán)境中使用。但是,當(dāng)前旋轉(zhuǎn)變壓器存在諸多缺點(diǎn):其定子檢測齒上繞有多組繞組,通常繞有三組繞組,使得其制造工藝很復(fù)雜,且由于繞組的位置不同使得旋轉(zhuǎn)變壓器的一致性受到不利影響;同時(shí),由于定子檢測齒上繞有多組繞組,在使用過程中,很容易由于振動沖擊等原因出現(xiàn)繞組短路和斷線等問題,進(jìn)而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)變壓器失效,可靠性較差。此外,傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)變壓器包含至少6根引出線,不僅增加了連接線的故障風(fēng)險(xiǎn),而且使得引出線的安裝維護(hù)和調(diào)試很繁瑣。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠克服上述由于定子檢測齒上繞組較多和引出線較多造成的問題的旋轉(zhuǎn)變壓器和具有該旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)體。
為了達(dá)到上述目的,本實(shí)用新型的解決方案是:
一種旋轉(zhuǎn)變壓器,包括具有定子檢測齒的定子和具有轉(zhuǎn)子凸極的轉(zhuǎn)子,定子檢測齒數(shù)為4*(K+1)*S,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為(K+1)*(2N-1)*S;其中,K、S和N均為正整數(shù);每個所述定子檢測齒上最多繞1個線圈。
所述旋轉(zhuǎn)變壓器共包括四組定子線圈;每組定子線圈包括至少一個線圈;每個所述線圈繞在一個所述定子檢測齒上,每個線圈的電感隨所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化;每組定子線圈中各線圈的電感的相位相等;四組定子線圈中,各組定子線圈的合成電感的相位依次相差90度;四組定子線圈組成橋式電路;所述橋式電路的四個接點(diǎn)引出四根引出線;所述四根引出線中,兩根引出線為勵磁線,另外兩根引出線為信號線。
每個所述線圈的電感的直流分量相等,每個所述線圈的電感的基波幅值相等;每個所述線圈在所在定子檢測齒上的位置相同;每組所述定子線圈中,包含同樣數(shù)量的線圈,且每組定子線圈中線圈的分布相同。
所述定子檢測齒數(shù)為8,所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為2*(2N-1)。
或者,所述定子檢測齒數(shù)為12,所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為3*(2N-1);優(yōu)選地,所述定子檢測齒數(shù)為12,所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為9。
或者,所述定子檢測齒數(shù)為16,所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為4*(2N-1)。
或者,所述定子檢測齒數(shù)為20,所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為5*(2N-1);優(yōu)選地,所述定子檢測齒數(shù)為20,所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為5。
或者,所述定子檢測齒數(shù)為24,所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為6*(2N-1)。
或者,所述定子檢測齒數(shù)為28,所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為7*(2N-1)。
或者,所述定子檢測齒數(shù)為32,所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為8*(2N-1);優(yōu)選地,所述定子檢測齒數(shù)為32,所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為8。
設(shè)置所述轉(zhuǎn)子凸極的形狀,以使得每個所述線圈的電感隨著所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化成正弦波式變化;或者,設(shè)置所述轉(zhuǎn)子凸極的形狀,以使得每個所述線圈的電感隨著所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化成三角波式變化。
所述旋轉(zhuǎn)變壓器具有定子機(jī)殼、端蓋、軸承和轉(zhuǎn)軸;所述定子包括定子鐵心,所述定子鐵心安裝在所述定子機(jī)殼上;所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心,所述轉(zhuǎn)子鐵心安裝在所述轉(zhuǎn)軸上,與整個所述轉(zhuǎn)子共同旋轉(zhuǎn)。
所述定子還包括定子解耦齒,每個繞有線圈的定子檢測齒的兩側(cè)均設(shè)置至少一個所述定子解耦齒;優(yōu)選地,所述定子解耦齒的材料與所述定子檢測齒和定子本體的材料相同;進(jìn)一步優(yōu)選地,所述材料為導(dǎo)磁材料。此時(shí)優(yōu)選地,所述定子檢測齒數(shù)為8,所述定子解耦齒數(shù)為8,所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為10。
所述轉(zhuǎn)子布置在所述定子的內(nèi)部;或者,所述轉(zhuǎn)子布置在所述定子的外部。
一種具有上述旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)體,所述旋轉(zhuǎn)體包括旋轉(zhuǎn)體本體和所述旋轉(zhuǎn)變壓器;所述旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)角度與所述旋轉(zhuǎn)體本體的旋轉(zhuǎn)角度成規(guī)則的關(guān)系,以由所述旋轉(zhuǎn)變壓器檢測所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。
所述旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子鐵心安裝在所述旋轉(zhuǎn)體本體的轉(zhuǎn)軸上,與所述旋轉(zhuǎn)體本體同步轉(zhuǎn)動且形成一體式結(jié)構(gòu),以檢測所述旋轉(zhuǎn)體本體的旋轉(zhuǎn)角度;所述旋轉(zhuǎn)變壓器的定子安裝在與所述旋轉(zhuǎn)體本體共用的機(jī)殼上。
或者,所述旋轉(zhuǎn)變壓器固定在所述旋轉(zhuǎn)體本體的端部;所述旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)軸與所述旋轉(zhuǎn)體本體的轉(zhuǎn)軸連接以使得所述旋轉(zhuǎn)變壓器和所述旋轉(zhuǎn)體本體同軸轉(zhuǎn)動;優(yōu)選地,所述旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)軸與所述旋轉(zhuǎn)體本體的轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸節(jié)連接。
上述旋轉(zhuǎn)體本體為電動機(jī)
由于采用上述方案,本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)變壓器和具有這種旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)體采用定子線圈的電感隨轉(zhuǎn)子角度的變化而變化的原理檢測轉(zhuǎn)子的角度,基于定子檢測齒數(shù)與轉(zhuǎn)子凸極數(shù)的匹配,能夠?qū)崿F(xiàn)在每個定子檢測齒上最多繞1組線圈,大大簡化了生產(chǎn)工藝,有效防止了由于繞組的位置不同使得旋轉(zhuǎn)變壓器的一致性受到不利影響,并克服了現(xiàn)有技術(shù)中同一定子檢測齒上不同繞組間的短路風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線可以減少到僅4根,降低了接線風(fēng)險(xiǎn)和安裝、維護(hù)與調(diào)試的繁瑣性。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型第一實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖;
圖2為本實(shí)用新型第一實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為本實(shí)用新型第一實(shí)施例中橋式電路的電路圖;
圖4為本實(shí)用新型第二實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖;
圖5為本實(shí)用新型第三實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖;
圖6為本實(shí)用新型第四實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖;
圖7為本實(shí)用新型第五實(shí)施例中具有旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖8為本實(shí)用新型第六實(shí)施例中具有旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中:1101~1112、定子檢測齒;2、定子;3、轉(zhuǎn)子;4、轉(zhuǎn)軸;5、軸承;6、定子機(jī)殼;701~702、端蓋;801~804、引出線;9、線圈;2101~2120、定子檢測齒;3101~3132:定子檢測齒;4101~4108、定子檢測齒;501、旋轉(zhuǎn)變壓器與電動機(jī)公用的機(jī)殼;502、旋轉(zhuǎn)變壓器的定子;503、電動機(jī)的定子;504、旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子鐵心;505、電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心;506、轉(zhuǎn)軸;5071~5072、端蓋;508、軸承;5091~5094、旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線;5010、電動機(jī)的引線;5011、旋轉(zhuǎn)變壓器線圈;5012、電動機(jī)線圈;601、旋轉(zhuǎn)變壓器;602、電動機(jī);603、電動機(jī)轉(zhuǎn)軸;604、旋轉(zhuǎn)變壓器引出線;605、電動機(jī)引線;606、螺釘。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
本實(shí)用新型提出了一種旋轉(zhuǎn)變壓器,該旋轉(zhuǎn)變壓器尤其是磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器,包括定子和轉(zhuǎn)子。定子包括定子鐵心、線圈、引出線和絕緣體(尤其為絕緣骨架)等。定子鐵心由軟磁材料制成,定子鐵心沿內(nèi)圓周開槽形成定子檢測齒,線圈繞在定子檢測齒上,線圈與定子鐵心間設(shè)置有絕緣體,該絕緣體為絕緣骨架或起到絕緣作用的材料。轉(zhuǎn)子包括與轉(zhuǎn)子同軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子鐵心。轉(zhuǎn)子鐵心由軟磁材料制成,轉(zhuǎn)子鐵心外圓周呈凸極狀,因而轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子凸極。本實(shí)用新型中,定子檢測齒和轉(zhuǎn)子凸極的數(shù)量滿足:定子檢測齒數(shù)為4*(K+1)*S,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為(K+1)*(2N-1)*S;其中,K、S和N均為正整數(shù)。每個定子檢測齒上最多繞1個線圈。
由此,本實(shí)用新型中旋轉(zhuǎn)變壓器可簡化到最少僅包括四組定子線圈。每組定子線圈包括至少一個線圈;每個線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。每組定子線圈中各線圈的電感的相位相等;四組定子線圈中,各組定子線圈的合成電感的相位依次相差90度。四組定子線圈組成橋式電路,該橋式電路的四個接點(diǎn)引出四根引出線。在該四根引出線中,兩根引出線為勵磁線,另外兩根引出線為信號線。
旋轉(zhuǎn)變壓器中,所有線圈的電感的直流分量相等,所有線圈的電感的基波幅值相等;每個線圈在其所在的定子檢測齒上的位置相同。每組定子線圈中,包含同樣數(shù)量的線圈,且每組定子線圈中線圈的分布相同。
因此,在本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)變壓器中,可選擇設(shè)置定子檢測齒數(shù)為8,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為2*(2N-1),每組定子線圈包括1至2個線圈;可選擇設(shè)置定子檢測齒數(shù)為12,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為3*(2N-1),每組定子線圈包括1至3個線圈;可選擇設(shè)置定子檢測齒數(shù)為16,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為4*(2N-1),每組定子線圈包括1至4個線圈;可選擇設(shè)置定子檢測齒數(shù)為20,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為5*(2N-1),每組定子線圈包括1至5個線圈;可選擇設(shè)置定子檢測齒數(shù)為24,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為6*(2N-1),每組定子線圈包括1至6個線圈;可選擇設(shè)置定子檢測齒數(shù)為28,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為7*(2N-1),每組定子線圈包括1至7個線圈;可選擇設(shè)置定子檢測齒數(shù)為32,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為8*(2N-1),每組定子線圈包括1至8個線圈。當(dāng)然,本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測齒數(shù)和轉(zhuǎn)子凸極數(shù)除了可以按照以上的數(shù)量匹配外,還可以選擇其他的數(shù)量匹配,只要符合定子檢測齒數(shù)為4*(K+1)*S,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為(K+1)*(2N-1)*S且K、S和N均為正整數(shù),則均落入本申請的保護(hù)范圍。
上述旋轉(zhuǎn)變壓器能夠安裝在各種旋轉(zhuǎn)體的內(nèi)部或外部,以檢測旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。這樣的旋轉(zhuǎn)體可以是電動機(jī)、發(fā)電機(jī)以及其他旋轉(zhuǎn)的物體。
第一實(shí)施例:
本實(shí)用新型的第一實(shí)施例中,K=2、S=1和N=2,因而該旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測齒數(shù)為12,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為9。圖1所示為該旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖。定子包括定子鐵心,轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心。定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心均采用硅鋼片沖壓形成。本實(shí)施例中,12個定子檢測齒沿定子鐵心均勻分布;9個轉(zhuǎn)子凸極沿轉(zhuǎn)子鐵心的圓周在其外圓上均勻分布。
每個定子檢測齒上有絕緣繞線骨架(圖1中未示出)。每個定子檢測齒上繞有1個線圈,12個定子檢測齒上共有12個線圈沿圓周分布,12個定子檢測齒沿圓周順時(shí)針分布依次為1101、1102、1103、1104、1105、1106、1107、1108、1109、1110、1111、1112。各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。本實(shí)施例中,通過電磁仿真選擇轉(zhuǎn)子凸極的形狀,使得線圈的電感的變化部分隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度呈正弦變化。圖1中,9表示線圈。
圖2所示為整個該旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。該旋轉(zhuǎn)變壓器包括定子2、轉(zhuǎn)子3、轉(zhuǎn)軸4、軸承5、定子機(jī)殼6、兩側(cè)的端蓋701和702、軸承室、四根引出線801、802、803、804。轉(zhuǎn)子鐵心固定在轉(zhuǎn)軸4上,能夠與轉(zhuǎn)軸4一同旋轉(zhuǎn)。軸承5安裝在轉(zhuǎn)軸4上,軸承5支撐轉(zhuǎn)子3平滑順暢地轉(zhuǎn)動。定子鐵心安裝固定在定子機(jī)殼6內(nèi)。軸承室設(shè)置在旋轉(zhuǎn)變壓器的兩側(cè)端蓋701和702上,軸承5的外圈安裝在兩個端蓋701和702的軸承室內(nèi),保證轉(zhuǎn)軸4的中心線與定子2的內(nèi)圓中心線一致。在四根引出線801、802、803、804中,引出線801和802為勵磁線,引出線803和804為信號線。
本實(shí)施例中,定子線圈共分為4組。每組定子線圈包括3個線圈;每個線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。每組定子線圈中各線圈的電感的相位相等;四組定子線圈中,各組定子線圈的合成電感的相位依次相差90度。四組定子線圈組成橋式電路,圖3所示為該橋式電路的電路圖。圖3中,橋式電路的橋臂XAC由定子檢測齒1101、1105和1109上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XAD由定子檢測齒1102、1106和1110上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XBC由定子檢測齒1103、1107和1111上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XBD由定子檢測齒1104、1108和1112上的線圈串聯(lián)構(gòu)成。同一橋臂中的電感的基波相位相等,橋式電路的4個連接節(jié)點(diǎn)A、B、C、D分別用4根引線引出作為旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線801、802、803和804,其中引出線801和802為勵磁線,引出線803和804為信號線。
本實(shí)施例中,正弦波位置信號產(chǎn)生的原理如下:
令定子檢測齒1101、1102、1103、1104、1105、1106、1107、1108、1109、1110、1111、1112上的線圈的電感分別為L101、L102、L103、L104、L105、L106、L107、L108、L109、L110、L111和L112。由圖2可以看出,隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化,各定子檢測齒與轉(zhuǎn)子凸極之間的間隙發(fā)生變化,使得各線圈的電感隨之變化,其變化周期為9。為了闡述方便,忽略電感的高次諧波,各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm1的變化可以分別表示為
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為各電感的直流分量;
Lm1為各電感的基波幅值,
θm1為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。
由此,轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)1周,各線圈的電感的基波變化9次。
參照圖3的橋式電路圖,由定子檢測齒1101、1105和1109上的線圈構(gòu)成的橋臂XAC的電感L_AC為:
L_AC=L101+L105+L109=3L1+3Lm1*sin(9θm1) 式(105)
由定子檢測齒1102、1106和1110上的線圈構(gòu)成的橋臂XAD的電感L_AD為:
L_AD=L102+L106+L110=3L1+3Lm1*sin(9θm1-90) 式(106)
由定子檢測齒1103、1107和1111上的線圈構(gòu)成的橋臂XBC的電感L_BC為:
L_BC=L103+L107+L111=3L1+3Lm1*sin(9θm1-180) 式(107)
由定子檢測齒1104、1108和1112上的線圈構(gòu)成的橋臂XBD的電感L_BD為:
L_BD=L104+L108+L112=3L1+3Lm1*sin(9θm1-270) 式(108)
由式(105)和式(107),橋式電路的橋臂XAC與橋臂XBC的電感的差值L_ACB為:
L_ACB=6Lm1*sin(9θm1) 式(109)
由式(106)和式(108),橋式電路的橋臂XAD與橋臂XBD的電感的差值L_ADB為:
L_ADB=6Lm1*sin(9θm1-90) 式(110)
觀察式(109)和式(110)可知,L_ACB和L_ADB是隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化相位差90度的正弦波,從而表明由此能夠得到與之成比例的輸出信號,通常為電壓信號,即能夠得到關(guān)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度分別成正弦變化和余弦變化的電壓信號,此即為現(xiàn)有技術(shù)中求取轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度所需的基礎(chǔ)信號,因此將這些基礎(chǔ)信號傳送給后續(xù)連接的信號處理電路或者經(jīng)過簡單計(jì)算即可得到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm1。
第二實(shí)施例:
第二實(shí)施例中,K取值為4,S和N均取值為1,因而該旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測齒數(shù)為20,轉(zhuǎn)子的凸極數(shù)為5。圖4所示為本實(shí)施例中該旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖。定子包括定子鐵心,轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心。定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心均采用硅鋼片沖壓形成。本實(shí)施例中,20個定子檢測齒沿定子鐵心均勻分布;5個凸極沿轉(zhuǎn)子鐵心的圓周在其外圓上均勻分布。
定子的每個齒上有絕緣繞線骨架(圖4中未示出)。定子的每個齒上繞有1個線圈,定子的20個齒上共有20個線圈沿圓周分布,定子的20個齒沿圓周順時(shí)針分布依次為2101、2102、2103、2104、2105、2106、2107、2108、2109、2110、2111、2112、2113、2114、2115、2116、2117、2118、2119、2120。為了附圖的簡潔起見,且由于定子檢測齒的分布和附圖標(biāo)記是有規(guī)律的,因此在圖4中不一一標(biāo)記各定子檢測齒的附圖標(biāo)記,僅給出幾個示例。各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。本實(shí)施例中,通過電磁仿真選擇轉(zhuǎn)子凸極的形狀,使得線圈的電感的變化部分隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度呈正弦變化。
本實(shí)施例中,該旋轉(zhuǎn)變壓器的構(gòu)造在除了上述內(nèi)容以外的部分與第一實(shí)施例類似,因此其這些構(gòu)造可以參考第一實(shí)施例的圖2。
本實(shí)施例中,定子線圈共分為4組。每組定子線圈包括5個線圈;每個線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。每組定子線圈中各線圈的電感的相位相等;四組定子線圈中,各組定子線圈的合成電感的相位依次相差90度。四組定子線圈組成橋式電路,橋式電路的電路圖可以借用第一實(shí)施例中圖3所示的橋式電路電路圖表示。但是,此時(shí)橋式電路的橋臂XAC由定子檢測齒2101、2105、2109、2113、2117上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XAD由定子檢測齒2102、2106、2110、2114、2118上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XBC由定子檢測齒2103、2107、2111、2115、2119上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XBD由定子檢測齒2104、2108、2112、2116、2120上的線圈串聯(lián)構(gòu)成。同一橋臂中的電感的基波相位相等,橋式電路的4個連接節(jié)點(diǎn)A、B、C、D分別用4根引線引出作為旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線801、802、803和804,其中引出線801和802為勵磁線,引出線803和804為信號線。
本實(shí)施例中,正弦波位置信號產(chǎn)生的原理如下:
令定子檢測齒2101、2102、2103、2104、2105、2106、2107、2108、2109、2110、2111、2112、2113、2114、2115、2116、2117、2118、2119、2120上的線圈的電感分別為L201、L202、L203、L204、L205、L206、L207、L208、L209、L210、L211、L212、L213、L214、L215、L216、L217、L218、L219、L220。由圖4可以看出,隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化,各定子檢測齒與轉(zhuǎn)子凸極之間的間隙發(fā)生變化,使得各線圈的電感隨之變化,其變化周期為5。為了闡述方便,忽略電感的高次諧波,各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm2的變化可以分別表示為:
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為電感的直流分量;
Lm2為電感的基波幅值,
θm2為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。
由此,轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)1周,各線圈的電感的基波變化5次。
參照圖3的橋式電路圖,由定子檢測齒2101、2105、2109、2113、2117上的線圈構(gòu)成的橋臂XAC的電感L_AC為:
L_AC=L201+L205+L209+L213+L217=5L2+5Lm2*sin(5θm2) 式(205)
由定子檢測齒2102、2106、2110、2114、2118上的線圈構(gòu)成的橋臂XAD的電感L_AD為:
L_AD=L202+L206+L210+L214+L218=5L2+5Lm2*sin(5θm2-90) 式(206)
由定子檢測齒2103、2107、2111、2115、2119上的線圈構(gòu)成的橋臂XBC的電感L_BC為:
L_BC=L203+L207+L211+L215+L219=5L2+5Lm2*sin(5θm2-180) 式(207)
由定子檢測齒2104、2108、2112、2116、2120上的線圈構(gòu)成的橋臂XBD的電感L_BD為:
L_BD=L204+L208+L212+L216+L220=5L2+5Lm2*sin(5θm2-270) 式(208)
由式(205)和式(207),橋式電路的橋臂XAC與橋臂XBC的電感的差值L_ACB為:
L_ACB=10Lm2*sin(5θm2) 式(209)
由式(206)和式(208),橋式電路的橋臂XAD與橋臂XBD的電感的差值L_ADB為:
L_ADB=10Lm2*sin(5θm2-90) 式(210)
觀察式(209)和式(210)可知,L_ACB和L_ADB是隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化相位差90度的正弦波,從而表明由此能夠得到與之成比例的輸出信號,通常為電壓信號,即能夠得到關(guān)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度分別成正弦變化和余弦變化的電壓信號,此即為現(xiàn)有技術(shù)中求取轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度所需的基礎(chǔ)信號,因此將這些基礎(chǔ)信號傳送給后續(xù)連接的信號處理電路或者經(jīng)過簡單計(jì)算即可得到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm2。
第三實(shí)施例:
第三實(shí)施例中,K取值為7,S和N均取值為1。因而該旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測齒數(shù)為32,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為8。圖5所示為本實(shí)施例中該旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖。定子包括定子鐵心,轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心。定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心均采用硅鋼片沖壓形成。本實(shí)施例中,32個定子檢測齒沿定子鐵心均勻分布;8個轉(zhuǎn)子凸極沿轉(zhuǎn)子鐵心的圓周在其外圓上均勻分布。
每個定子檢測齒上有絕緣繞線骨架(圖5中未示出)。32個定子檢測齒沿圓周順時(shí)針分布依次為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。為了附圖的簡潔起見,且由于定子檢測齒的分布和附圖標(biāo)記是有規(guī)律的,因此在圖5中不一一標(biāo)記各定子檢測齒的附圖標(biāo)記,僅給出幾個示例。與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中不同的是,本實(shí)施例中,并非每個定子檢測齒上均繞有1個線圈,而是有些定子檢測齒上繞有1個線圈,而有些定子檢測齒上沒有繞線圈。在此,僅在定子檢測齒3101、3102、3103、3104、3109、3110、3111、3112、3117、3118、3119、3120、3125、3126、3127、3128上繞有線圈。各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。本實(shí)施例中,通過電磁仿真選擇轉(zhuǎn)子凸極的形狀,使得線圈的電感的變化部分隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度呈正弦變化。
本實(shí)施例中,該旋轉(zhuǎn)變壓器的構(gòu)造在除了上述內(nèi)容以外的部分與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例類似,因此其這些構(gòu)造可以參考第一實(shí)施例的圖2。
本實(shí)施例中,定子線圈共分為4組。每組定子線圈包括4個線圈;每個線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。每組定子線圈中各線圈的電感的相位相等;四組定子線圈中,各組定子線圈的合成電感的相位依次相差90度。四組定子線圈組成橋式電路,橋式電路的電路圖可以借用第一實(shí)施例中圖3所示的橋式電路電路圖表示。但是,此時(shí)橋式電路的橋臂XAC由定子檢測齒3101、3109、3117、3125上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XAD由定子檢測齒3102、3110、3118、3126上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XBC由定子檢測齒3103、3111、3119、3127上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XBD由定子檢測齒3104、3112、3120、3128上的線圈串聯(lián)構(gòu)成。同一橋臂中的電感的基波相位相等,橋式電路的4個連接節(jié)點(diǎn)A、B、C、D分別用4根引線引出作為旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線801、802、803和804,其中引出線801和802為勵磁線,引出線803和804為信號線。
本實(shí)施例中,正弦波位置信號產(chǎn)生的原理如下:
令定子檢測齒3101、3102、3103、3104、3109、3110、3111、3112、3117、3118、3119、3120、3125、3126、3127、3128上的線圈的電感分別為L301、L302、L303、L304、L309、L310、L311、L312、L317、L318、L319、L320、L325、L326、L327、L328。由圖5可以看出,隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化,各定子檢測齒與轉(zhuǎn)子凸極之間的間隙發(fā)生變化,使得各線圈的電感隨之變化,其變化周期為8。為了闡述方便,忽略電感的高次諧波,各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm3的變化可以分別表示為:
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為電感的直流分量;
Lm3為電感的基波幅值,
θm3為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。
由此,轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)1周,各線圈的電感的基波變化8次。
參照圖3的橋式電路圖,由定子檢測齒3101、3109、3117、3125上的線圈構(gòu)成的橋臂XAC的電感L_AC為:
L_AC=L301+L309+L317+L325=4L3+4Lm3*sin(8θm3) 式(305)
由定子檢測齒3102、3110、3118、3128上的線圈構(gòu)成的橋臂XAD的電感L_AD為:
L_AD=L302+L310+L318+L326=4L3+4Lm3*sin(8θm3-90) 式(306)
由定子檢測齒3103、3111、3119、3127上的線圈構(gòu)成的橋臂XBC的電感L_BC為:
L_BC=L303+L311+L319+L327=4L3+4Lm3*sin(8θm3-180) 式(307)
由定子檢測齒3104、3112、3120、3128上的線圈構(gòu)成的橋臂XBD的電感L_BD為:
L_BD=L304+L312+L320+L328=4L3+4Lm3*sin(8θm3-270) 式(308)
由式(305)和式(307),橋式電路的橋臂XAC與橋臂XBC的電感的差值L_ACB為:
L_ACB=8Lm3*sin(8θm3) 式(309)
由式(306)和式(308),橋式電路的橋臂XAD與橋臂XBD的電感的差值L_ADB為:
L_ADB=8Lm3*sin(8θm3-90) 式(310)
觀察式(309)和式(310)可知,L_ACB和L_ADB是隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化相位差90度的正弦波,從而表明由此能夠得到與之成比例的輸出信號,通常為電壓信號,即能夠得到關(guān)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度分別成正弦變化和余弦變化的電壓信號,此即為現(xiàn)有技術(shù)中求取轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度所需的基礎(chǔ)信號,因此將這些基礎(chǔ)信號傳送給后續(xù)連接的信號處理電路或者經(jīng)過簡單計(jì)算即可得到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm3。
第四實(shí)施例:
第四實(shí)施例中,K和S取值為1,N取值為3,因而該旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測齒數(shù)為8,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為10。在本實(shí)施例中,設(shè)置有8個定子解耦齒,每兩個定子檢測齒之間設(shè)置一個定子解耦齒(本實(shí)用新型中,當(dāng)設(shè)置定子解耦齒時(shí),在每個繞有線圈的定子檢測齒的兩側(cè)均設(shè)置至少一個所述定子解耦齒。定子解耦齒的設(shè)置,尤其是其數(shù)量、位置和形狀的選擇,盡可能地減小或消除繞有線圈的不同的定子檢測齒之間的磁通干擾。)。定子解耦齒的材料與定子檢測齒和定子本體的材料相同,該材料為導(dǎo)磁材料。
圖6所示為本實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖。定子包括定子鐵心,轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心。定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心均采用硅鋼片沖壓形成。本實(shí)施例中,8個定子檢測齒沿定子鐵心均勻分布;10個轉(zhuǎn)子凸極沿轉(zhuǎn)子鐵心的圓周在其外圓上均勻分布,8個定子解耦齒設(shè)置在定子檢測齒之間沿定子鐵心均勻分布。
每個定子檢測齒上有絕緣繞線骨架(圖6中未示出)。每個定子檢測齒上繞有1個線圈,8個定子檢測齒上共有8個線圈沿圓周分布,8個定子檢測齒沿圓周順時(shí)針分布依次為4101、4102、4103、4104、4105、4106、4107、4108。為了附圖的簡潔起見,且由于定子檢測齒的分布和附圖標(biāo)記是有規(guī)律的,因此在圖6中不一一標(biāo)記各定子檢測齒的附圖標(biāo)記,僅給出兩個示例。各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。本實(shí)施例中,通過電磁仿真選擇轉(zhuǎn)子凸極的形狀,使得線圈的電感的變化部分隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度呈正弦變化。圖6中,10表示定子解耦齒。
本實(shí)施例中,該旋轉(zhuǎn)變壓器的構(gòu)造在除了上述內(nèi)容以外的部分與第一實(shí)施例類似,因此其這些構(gòu)造可以參考第一實(shí)施例的圖2。
本實(shí)施例中,定子線圈共分為4組。每組定子線圈包括2個線圈;每個線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。每組定子線圈中各線圈的電感的相位相等;四組定子線圈中,各組定子線圈的合成電感的相位依次相差90度。四組定子線圈組成橋式電路,橋式電路的電路圖可以借用第一實(shí)施例中圖3所示的橋式電路圖表示。但是,此時(shí)橋式電路的橋臂XAC由定子檢測齒4101、4105上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XAD由定子檢測齒4102、4106上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XBC由定子檢測齒4103、4107上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XBD由定子檢測齒4104、4108上的線圈串聯(lián)構(gòu)成。同一橋臂中的電感的基波相位相等,橋式電路的4個連接節(jié)點(diǎn)A、B、C、D分別用4根引線引出作為旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線801、802、803和804,其中引出線801和802為勵磁線,引出線803和804為信號線。
本實(shí)施例中,正弦波位置信號產(chǎn)生的原理如下:
令定子檢測齒4101、4102、4103、4104、4105、4106、4107、4108上的線圈的電感分別為L401、L402、L403、L404、L405、L406、L407、L408。由圖6可以看出,隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化,各定子檢測齒與轉(zhuǎn)子凸極之間的間隙發(fā)生變化,使得各線圈的電感隨之變化,其變化周期為10。為了闡述方便,忽略電感的高次諧波,各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm4的變化可以分別表示為:
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為各電感的直流分量;
Lm4為各電感的基波幅值,
θm4為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。
由此,轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)1周,各線圈的電感的基波變化10次。
參照圖3的橋式電路圖,由定子檢測齒4101、4105上的線圈構(gòu)成的橋臂XAC的電感L_AC為:
L_AC=L401+L405=2L4+2Lm4*sin(10θm4) 式(405)
由定子檢測齒4102、4106上的線圈構(gòu)成的橋臂XAD的電感L_AD為:
L_AD=L402+L406=2L4+2Lm4*sin(10θm4-90) 式(406)
由定子檢測齒4103、4107上的線圈構(gòu)成的橋臂XBC的電感L_BC為:
L_BC=L403+L407=2L4+2Lm4*sin(10θm4-180) 式(407)
由定子檢測齒4104、4108上的線圈構(gòu)成的橋臂XBD的電感L_BD為:
L_BD=L404+L408=2L4+2Lm4*sin(1θm4-270) 式(408)
由式(405)和式(407),橋式電路的橋臂XAC與橋臂XBC的電感的差值L_ACB為:
L_ACB=4Lm4*sin(10θm4) 式(409)
由式(406)和式(108),橋式電路的橋臂XAD與橋臂XBD的電感的差值L_ADB為:
L_ADB=4Lm4*sin(10θm4-90) 式(410)
觀察式(409)和式(410)可知,L_ACB和L_ADB是隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化相位差90度的正弦波,從而表明由此能夠得到與之成比例的輸出信號,通常為電壓信號,即能夠得到關(guān)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度分別成正弦變化和余弦變化的電壓信號,此即為現(xiàn)有技術(shù)中求取轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度所需的基礎(chǔ)信號,因此將這些基礎(chǔ)信號傳送給后續(xù)連接的信號處理電路或者經(jīng)過簡單計(jì)算即可得到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm4。
本實(shí)施例中,定子解耦齒設(shè)置在兩個定子檢測齒之間,尤其設(shè)置在兩個定子檢測齒之間正中央的位置。由于設(shè)置了定子解耦齒,因此實(shí)際測得的電壓值與上述各式中理論上計(jì)算的電感值所對應(yīng)的電壓值更為接近,從而使得最終檢測的旋轉(zhuǎn)角度的精度大大提高;同時(shí),定子輔助齒的設(shè)置使得該旋轉(zhuǎn)變壓器的響應(yīng)快速性大大提高,并且簡化了旋轉(zhuǎn)變壓器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
以上實(shí)施例中,對轉(zhuǎn)子凸極的形狀的設(shè)置均使得線圈的電感的變化部分隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度呈正弦變化,在本實(shí)用新型中,也可以設(shè)置轉(zhuǎn)子凸極的形狀以使得線圈的電感的變化部分隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度呈三角波變化。
上述實(shí)施例中,由于各實(shí)施例之間差異較大的為定子檢測齒的分布,各實(shí)施例之間定子檢測齒的標(biāo)記予以區(qū)分,其余相應(yīng)部件的標(biāo)記相同。
上述實(shí)施例中,轉(zhuǎn)子均布置在定子的內(nèi)部;在本實(shí)用新型中,轉(zhuǎn)子也可以布置在定子的外部。
本實(shí)用新型還提出了一種具有上述旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)體。該旋轉(zhuǎn)體包括旋轉(zhuǎn)體本體和上述旋轉(zhuǎn)變壓器。其中,旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)動角度與旋轉(zhuǎn)體本體的轉(zhuǎn)動角度成規(guī)則的關(guān)系,因此能夠由旋轉(zhuǎn)變壓器檢測的角度得到旋轉(zhuǎn)體本體的轉(zhuǎn)動角度。
第五實(shí)施例:
第五實(shí)施例中,旋轉(zhuǎn)體本體為電動機(jī)。圖7所示為本實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7中,501表示旋轉(zhuǎn)變壓器與電動機(jī)共用的機(jī)殼,502表示旋轉(zhuǎn)變壓器的定子,503表示電動機(jī)的定子,504表示旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子鐵心,505表示電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心,旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子鐵心504與電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心505一同旋轉(zhuǎn),506表示轉(zhuǎn)軸,5071、5072分別表示前后端蓋,508表示軸承,保證轉(zhuǎn)子相對定子順暢轉(zhuǎn)動,5091、5092、5093、5094表示旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線,5091和5092為勵磁引線,5093和5094為信號引線,5010表示電動機(jī)的引線,5011表示旋轉(zhuǎn)變壓器線圈,5012表示電動機(jī)線圈。本實(shí)施例中,旋轉(zhuǎn)體為旋轉(zhuǎn)變壓器與電動機(jī)本體構(gòu)成一體的一體式電動機(jī)。
第六實(shí)施例:
第六實(shí)施例中,旋轉(zhuǎn)體本體為電動機(jī)。圖8所示為本實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8中,601表示旋轉(zhuǎn)變壓器,602表示電動機(jī),603表示電動機(jī)轉(zhuǎn)軸,604表示旋轉(zhuǎn)變壓器引出線,605表示電動機(jī)引線,606為螺釘。本實(shí)施例中,旋轉(zhuǎn)變壓器601安裝在電動機(jī)本體602的端部,電動機(jī)轉(zhuǎn)軸603與旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸用聯(lián)軸節(jié)連接同步旋轉(zhuǎn)(圖8中未示出)。由此可見,本實(shí)施例中,旋轉(zhuǎn)體為旋轉(zhuǎn)變壓器與電動機(jī)本體構(gòu)成的分體式結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)變壓器和具有這種旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)體采用定子線圈的電感隨轉(zhuǎn)子角度的變化而變化的原理檢測轉(zhuǎn)子的角度,基于定子檢測齒數(shù)與轉(zhuǎn)子凸極數(shù)的匹配,能夠?qū)崿F(xiàn)在每個定子檢測齒上最多繞1組線圈,大大簡化了生產(chǎn)工藝,有效防止了由于繞組的位置不同使得旋轉(zhuǎn)變壓器的一致性受到不利影響,并克服了現(xiàn)有技術(shù)中同一定子檢測齒上不同繞組間的短路風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線可以減少到僅4根,降低了誤接線風(fēng)險(xiǎn)和安裝、維護(hù)與調(diào)試的繁瑣性。
上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本實(shí)用新型。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改,并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此,本實(shí)用新型不限于這里的實(shí)施例,本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的揭示,不脫離本實(shí)用新型范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。