CN102842414A - 多极旋转变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多级旋转变压器，包括转子、定子，转子的外圆表面均匀设置有P个波峰和P个波谷；还包括绕于所述定子上的激磁绕组、正弦绕组和余弦绕组；所述定子的内圆表面间隔地开有齿和槽，在每个齿上均匀地绕有正反相间串联而成的第一层激磁绕组，在第一层激磁绕组之上绕有第二层正弦绕组，在第二层正弦绕组之上绕有第三层余弦绕组；第二层的正弦绕组和第三层的余弦绕组各有一半绕组进行互换层次；激磁绕组通以恒压正弦交流电，正弦绕组和余弦绕组输出电动势分别随转子转角作P次正余弦变化的电压，实现了输出绕组具有两相多极旋转变压器的功能。本发明的磁阻式多极旋转变压器，结构简单，生产机械化程度较高，大大降低了生产成本。

Description

多极旋转变压器
技术领域
本发明涉及一种旋转变压器，尤其涉及一种多极旋转变压器。
背景技术
用于测角的传统旋转变压器，其激磁绕组、输出绕组分别设置在转子和定子上，它是一种有刷（有触点）结构，若要实现无刷化，需要加一个环形耦合变压器（简称“环变”），这样一来，使旋转变压器的结构复杂化；并且这种无刷旋转变压器其极对数，大多数以一对极为主。而对于多对极的旋转变压，设计和制造难度极大，几乎是不可能。现有的另一种“游标式旋转变压器”，激磁绕组输出绕组都在定子上，实现了无刷化，但这种游标式旋转变压器极对数P很多，最少的极对也大都在16对极以上，并且要采用结构复杂的正弦绕组，制造难度大。这二类旋转变压器在用于极对数较少的多极角度测量时，特别在用于极对数为2-12对极的永磁交流伺服电动机上作为转子位置传感器，都不是理想元件。
发明内容
为了解决现有的用于测角的旋转变压器结构复杂且不适用于极对数在2-12对极的多极角度测量问题，本发明提供了一种结构简单的多极旋转变压器，用于多极（2-12对极）角度测量或多极角度位置传感器。
本发明的多极旋转变压器，包括转子、定子，所述转子的外圆表面和定子的内圆表面之间设有气隙，其特征是，所述转子的外圆表面均匀设置有P个波峰和P个波谷，所述波峰和波谷相互圆滑连接成转子的波浪形外表面；
还包括绕于所述定子上的激磁绕组、正弦绕组和余弦绕组；
所述定子的内圆表面间隔地开有齿和槽，在每个齿上均匀地绕有正反相间串联而成的第一层激磁绕组，在第一层激磁绕组之上绕有第二层正弦绕组，在第二层正弦绕组之上绕有第三层余弦绕组；并且，第二层的正弦绕组和第三层的余弦绕组各有一半绕组进行互换层次，即正弦绕组有一半绕组绕在第三层上，余弦绕组有一半绕组绕在第二层上；
所述激磁绕组通以恒压正弦交流电，所述正弦绕组和余弦绕组的输出电动势Es、Ec分别为：
Es=EmSinPα；
Ec=EmCosPα；
其中，α—转子转角；Em—为输出绕组输出电动势的幅值。
P也为转子的极对数，其取值范围为2-12。
从上述公式看出，正弦绕组和余弦绕组输出电动势的幅值将分别随转子转角作P次正弦和P次余弦变化的电压，从而实现了输出绕组具有两相多极旋转变压器的功能。
所述定子上开设偶数个齿和槽。
本发明的多级旋转变压器激磁绕组按规定的恒压交流电激磁时，通过电磁感应原理，正弦绕组和余弦绕组分别输出感应电动势，其幅值随转子转角作P次正弦和余弦变化。本发明的磁阻式多级旋转变压器结构简单，其激磁绕组、输出电压的正弦绕组和余弦绕组都设置在定子上，转子上没有绕组。激磁电压和输出电压之间的电压转换无需通过电刷或环变来完成，因此实现了无刷化（或叫无接触化），从根本消除了由于触点存在，给运行带来的诸多电磁干扰和运行寿命问题。
所述转子的外圆表面上波峰顶部与定子内圆表面之间的间隙δmin为0.36-1.2mm。
所述定子外圆直径为151mm。所述定子内圆表面与所述转子的外圆表面上的波谷底部之间的间隙介于3.2+δmin与3.5+δmin之间。
所述定子内圆表面与所述转子的外圆表面上的波峰顶部之间的间隙δmin为1mm，所述定子内圆表面与所述转子外圆表面上的波谷底部之间的间隙介于4.2-4.5mm。
所述定子外圆直径为37mm。所述定子内圆表面与所述转子外圆表面上的波谷底部之间的间隙为0.92+δmin。
所述定子内圆表面与所述转子的外圆表面上的波峰顶部之间的间隙δmin为0.36mm，所述定子内圆表面与所述转子外圆表面上的波谷底部之间的间隙为1.28mm。
本发明所达到的有益效果：
本发明的多极旋转变压器，结构简单，激磁绕组、正弦绕组、余弦绕组可用专门的绕线机一次性地直接绕在定子上，以机械化代替了人工操作。转子和定子可由高速冲床冲制的转子冲片、定子冲片叠压而成，且定子内圆和转子外圆无需磨加工，就能保证气隙尺寸和定子内圆与转子外圆的同轴度，所以生产时机械化程度相当高，从而也就大大降低了生产成本。正弦绕组和余弦绕组输出电动势的幅值将分别随转子转角作P次正弦和P次余弦变化的电压，从而实现了输出绕组具有两相多极旋转变压器的功能。可用于电动汽车上作为动力驱动电动机（永磁交流伺服电动机）有多种极对数（2-12对极）要求的转子位置检测传感器。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的局部放大图；
图3为定子齿上绕组绕线位置示意图；
图中，转子1、定子2、齿2a、槽2b、气隙3、激磁绕组4、正弦绕组5、余弦绕组6。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，本发明的多级旋转变压器包括转子1、定子2、激磁绕组4、正弦绕组5、余弦绕组6。转子1和定子2均由多片高导磁的硅钢片叠压而成。定子2的内圆表面和转子1的外圆表面之间均匀设置有气隙3。转子1的外圆表面均匀设置有P个波峰和波谷。波峰和波谷相互圆滑连接成转子1的波浪形外圆表面，P为该磁阻式多极旋转变压器的极对数。
定子内圆表面沿轴向开有齿2a和槽2b，在槽2b的空间中、围绕齿2a绕有激磁绕组4、正弦绕组5和余弦绕组6。其中，每个齿2a上沿齿的高度方向，靠铁心表面均匀地都绕有正反相间串联成为第一层的激磁绕组4，在第一层的激磁绕组4之上，绕有输出电动势的幅值按正弦规律分布的第二层的正弦绕组5，在第二层的正弦绕组5之上，绕有输出电动势的幅值按正余弦规律分布的第三层的余弦绕组6，并且第二层的正弦绕组5和第三层的余弦绕组6中，双方各有一半绕组进行互换层次，即正弦绕组5有一半绕组绕在第三层上，余弦绕组6有一半在绕组绕在第二层上，这种为提升输出绕组电气性能的绕组“换位”是本发明的特征，如图3所示。为便于区分各端子，可以采用不同颜色的端子，激磁绕组4引出端子为R1（红色）、R2（黑色），正弦绕组引出端子为S2（黄色）、S4（绿色），余弦绕组引出线端子为S1（蓝色）、S3（白色）；上述引出线端子R1、R2，连接恒压交流电源，引出端子S2、S4 、S1、S3 分别为正弦绕组和余弦绕组输出。
本实施例中以定子2外圆直径为151mm为例，定子内圆表面沿轴向开有20个齿2a和槽2b（一般为偶数个齿和槽，例如为10、14、16、20或24等）。转子1的外表面上，波峰顶部与定子2内圆表面之间的间隙δmin为0.36-1.2mm，定子2内圆表面与转子1的外圆表面上波谷底部之间的间隙为3.5+δmin。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。 

Claims (6)

1. 一种多级旋转变压器，包括转子、定子，所述转子的外圆表面和定子的内圆表面之间设有气隙，其特征是，所述转子的外圆表面均匀设置有P个波峰和P个波谷，所述波峰和波谷相互圆滑连接成转子的波浪形外表面；
还包括绕于所述定子上的激磁绕组、正弦绕组和余弦绕组；
所述定子的内圆表面间隔地开有齿和槽，在每个齿上均匀地绕有正反相间串联而成的第一层激磁绕组，在第一层激磁绕组之上绕有第二层正弦绕组，在第二层正弦绕组之上绕有第三层余弦绕组；并且，第二层的正弦绕组和第三层的余弦绕组各有一半绕组进行互换层次，即正弦绕组有一半绕组绕在第三层上，余弦绕组有一半绕组绕在第二层上；
所述激磁绕组通以恒压正弦交流电，所述正弦绕组和余弦绕组的输出电动势Es、Ec分别为：
Es=EmSinPα；
Ec=EmCosPα；
其中，α—转子转角；Em—为输出绕组输出电动势的幅值。
2.根据权利要求1所述的多级旋转变压器，其特征在于，所述定子上开设偶数个齿和槽。
3.根据权利要求2所述的多级旋转变压器，其特征在于，P的取值范围为2-12。
4.根据权利要求1所述的多级旋转变压器，其特征在于，所述转子的外圆表面上波峰顶部与定子内圆表面之间的间隙δmin为0.36-1.2mm。
5.根据权利要求4所述的多级旋转变压器，其特征在于，所述定子内圆表面与所述转子的外圆表面上的波谷底部之间的间隙介于3.2+δmin与3.5+δmin之间。
6.根据权利要求4所述的多级旋转变压器，其特征在于，所述定子内圆表面与所述转子外圆表面上的波谷底部之间的间隙为0.92+δmin。
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