CN106712428A - 一种旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体 - Google Patents

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CN106712428A CN201710030638.3A CN201710030638A CN106712428A CN 106712428 A CN106712428 A CN 106712428A CN 201710030638 A CN201710030638 A CN 201710030638A CN 106712428 A CN106712428 A CN 106712428A
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Abstract

本发明提出了一种旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体，属于检测技术领域。该旋转变压器包括定子和转子；定子具有定子检测齿，转子具有转子凸极；旋转变压器包括至少两套检测线圈***；每套检测线圈***包括多个绕在定子检测齿上的线圈，线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化，以根据线圈的电感的变化检测转子的旋转角度；至少两套检测线圈***设置在同一个定子上。该旋转体包括旋转体本体和上述旋转变压器；旋转变压器的旋转角度与旋转体本体的旋转角度成规则的关系。本发明能在一个旋转变压器上设置至少两套检测线圈***，大大减轻了检测占用体积和检测结果可靠性之间的制约，能够在提高检测结果可靠性的同时大大降低占用体积。

Description

一种旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体
技术领域
本发明属于检测技术领域，涉及一种变压器和旋转体，尤其是旋转变压器和旋转体。
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。但是现有的旋转变压器中，定子的齿上通常绕有至少三组绕阻，在使用过程中因振动冲击等原因有可能出现绕组短路或断路等问题而使***失效，***可靠性不高。为了克服此缺陷，现有技术中出现了将两台旋转变压器安装在同一旋转体上，当其中一组旋转变压器的线圈出现故障失效时，信号电路切换到与另一组旋转变压器绕组连接，以继续完成旋转体的角度测试工作。但是这种方法中，因为需要在旋转体上安装两套或多套旋转变压器，将会使旋转体轴向长度增加，体积变大，成本大大增加。由此可见，现有技术中存在着旋转变压器检测***的占用体积和可靠性之间的相互制约问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在确保检测结果可靠性的基础上，能够有效实现用于检测的旋转变压器检测***的紧凑性，即旋转变压器检测***同等占用体积下检测结果可靠性更高而同等检测结果可靠性下旋转变压器检测***占用体积更小的旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种旋转变压器，包括定子和转子；所述定子具有定子检测齿，所述转子具有转子凸极；所述旋转变压器包括至少两套检测线圈***；每套所述检测线圈***包括多个绕在所述定子检测齿上的线圈，所述线圈的电感随所述转子的旋转角度的变化而变化，以根据所述线圈的电感的变化检测所述转子的旋转角度；至少两套所述检测线圈***设置在同一个定子上。
每套所述检测线圈***中，多个所述线圈构成桥式电路，所述桥式电路的各桥臂由一个所述线圈构成或由多个所述线圈串联构成，从所述桥式电路的桥臂相交的接点处引出引出线，作为励磁线或信号线。
定子检测齿数为4*(S+1)，转子凸极数为K，其中S和K为正整数，且K/(S+1)不等于偶数；并且当(S+1)等于3*R且R为正整数时，K不等于2*R的正整数倍。
每个定子检测齿上设置最多一个所述线圈。
每套所述检测线圈***中：包括至少四组定子线圈，每组定子线圈包括至少一个线圈，所述线圈绕在所述定子检测齿上；所有组所述定子线圈组成桥式电路，每组定子线圈构成所述桥式电路的一个桥臂；所述桥式电路中，每两个相交的桥臂在相交处构成一个接点，从每个所述接点处引出一根引出线；优选地，每套所述检测线圈***中：各组所述定子线圈内线圈的数量和分布相同；各组所述定子线圈的合成电感的相位依次相差90度；优选地，每套所述检测线圈***中：各所述线圈的电感的直流分量相等，各所述线圈的基波幅值相等；优选地，每套检测线圈***均包括四组定子线圈，构成四桥臂的桥式电路，具有四个接点，从四个所述接点处引出四根引出线，其中两根所述引出线为励磁线，另外两根所述引出线为信号线。
所述定子还包括定子解耦齿，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置有至少一个所述定子解耦齿，以减小或消除绕有线圈的不同的定子检测齿之间的磁耦合干扰；优选地，所述定子解耦齿的材料与所述定子检测齿和定子本体的材料一致；进一步优选地，所述材料为导磁材料。
所述定子检测齿数为8，所述转子凸极数为K，并且K不等于4的整数倍；优选地，所述转子凸极数为10；或者，所述定子检测齿数为12，所述转子凸极数为K，并且K不等于2的整数倍；优选地，所述转子凸极数为9；或者，所述定子检测齿数为16，所述转子凸极数为K，并且K不等于8的整数倍；或者，所述定子检测齿数为20，所述转子凸极数为K，并且K不等于10的整数倍；或者，所述定子检测齿数为24，所述转子凸极数为K，并且K不等于4的整数倍；或者，所述定子检测齿数为28，所述转子凸极数为K，并且K不等于14的整数倍；或者，所述定子检测齿数为32，所述转子凸极数为K，并且K不等于16的整数倍。
所述定子检测齿数为8，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个定子解耦齿，所述转子凸极数为K，并且K不等于4的整数倍；优选地，所述转子凸极数为10，定子解耦齿数为8；或者，所述定子检测齿数为12，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿，所述转子凸极数为K，并且K不等于2的倍数；或者，所述定子检测齿数为16，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿，所述转子凸极数为K，并且K不等于8的整数倍；或者，所述定子检测齿数为20，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿，所述转子凸极数为K，并且K不等于10的整数倍；或者，所述定子检测齿数为24，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿，所述转子凸极数为K，并且K不等于4的倍数；或者，所述定子检测齿数为28，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿，所述转子凸极数为K，并且K不等于14的整数倍；或者，所述定子检测齿数为32，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿，所述转子凸极数为K，并且K不等于16的整数倍。
所述旋转变压器具有定子机壳、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，与所述转轴一同旋转。
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。
一种具有上述旋转变压器的旋转体，所述旋转体包括旋转体本体和所述旋转变压器；所述旋转变压器的旋转角度与所述旋转体本体的旋转角度成规则的关系，以通过所述旋转变压器检测所述旋转体的旋转角度。
所述旋转变压器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；所述旋转变压器的定子安装在与所述旋转体本体共用的定子机壳上。
或者，所述旋转变压器固定在所述旋转体本体的端部；所述旋转变压器的转轴与所述旋转体本体的转轴连接以使得所述旋转变压器和所述旋转体本体同轴转动；优选地，所述旋转变压器的转轴与所述旋转体本体的转轴通过联轴节连接。
所述旋转体本体为电动机。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：本发明旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体在旋转变压器的同一个定子上设置两套或两套以上的检测线圈***，在使用过程中，可以将一套或多套检测线圈***作为备用***，在当前使用的检测线圈***出现故障时，切换到另一套检测线圈***继续工作，大大提高了旋转角度检测的可靠性；也可以使两套或多套检测线圈***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。由此可见，本发明能在一个旋转变压器上设置两套或两套以上的检测线圈***，相比于现有技术中具有同等可靠性的多旋转变压器***，所需设置的旋转变压器数量少，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***，在占用体积相同时，可靠性则大大提高。
同时，本发明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变压器的一致性受到不利影响，并克服了现有技术中同一定子齿上不同绕组间的短路风险；此外，本发明还能够在绕有线圈的不同的定子检测齿之间设置定子解耦齿，有效地减小或消除了不同的定子检测齿之间的磁耦合干扰。
附图说明
图1为本发明第一实施例中旋转变压器的定转子的截面示意图；
图2为本发明第一实施例中旋转变压器的结构示意图；
图3为本发明第一实施例中第一桥式电路、第二桥式电路和第三桥式电路连接后的电路图；
图4为本发明第二实施例中旋转变压器的定转子的截面示意图；
图5为本发明第二实施例中第一桥式电路和第二桥式电路连接后的电路图；
图6为本发明第三实施例中具有旋转变压器的旋转体的结构示意图；
图7为本发明第四实施例中具有旋转变压器的旋转体的结构示意图。
附图中：1101～1112、定子检测齿；2、定子；3、转子；4、转轴；5、轴承；6、定子机壳；701～702、端盖；801、第一组引出线；802、第二组引出线；803、第三组引出线；9、线圈；10、定子解耦齿；2101～2108、定子检测齿；301、旋转变压器与电动机共用的机壳；302、旋转变压器的定子；303、电动机的定子；304、旋转变压器的转子铁心；305、电动机的转子铁心；306、转轴；3071～3072、端盖；308、轴承；3091、旋转变压器的第一组引出线；3092、旋转变压器的第二组引出线；3010、电动机的引线；3011、旋转变压器线圈；3012、电动机线圈；401、旋转变压器；402、电动机；403、电动机转轴；4041、旋转变压器的第一组引出线；4042、旋转变压器的第二组引出线；405、电动机引线；406、螺钉。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
本发明提出了一种旋转变压器，该旋转变压器尤其是磁阻式旋转变压器，包括定子和转子，定子包括定子检测齿，转子包括转子凸极。该旋转变压器包括至少两套检测线圈***；每套检测线圈***包括多个绕在定子检测齿上的线圈，这些线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化，以根据线圈的电感的变化检测转子的旋转角度；至少两套这样的检测线圈***设置在同一个的定子上。从而，在同一个旋转变压器的定子上，能够存在两套或更多套检测线圈***，这些检测线圈***可以一起工作，各自得到的检测结果可以进行对比，提高转子的旋转角度的检测结果的可靠性；也可以将一套或者多套检测线圈***作为备用***，待当前运行的检测线圈***出现故障时，启用备用的检测线圈***，提高转子的旋转角度的检测结果的可靠性。
每套检测线圈***中，多个线圈构成桥式电路，桥式电路的各桥臂由一个线圈构成或由多个线圈串联构成。桥式电路中，每两个相交的桥臂在相交处构成一个接点，从每个接点处引出一根引出线，作为励磁线或信号线。
可以设置定子检测齿数为4*(S+1)，转子凸极数为K，其中S和K为正整数，且K/(S+1)不等于偶数；并且，当(S+1)等于3*R且R为正整数时，K不等于2*R的正整数倍。
本发明中，能够实现在每个定子检测齿上设置最多一个线圈。
优选的每套检测线圈***中：包括至少四组定子线圈，每组定子线圈包括至少一个线圈，线圈绕在定子检测齿上，每个定子检测齿上最多绕有一个线圈；各组定子线圈包括相同数量的线圈，各组定子线圈中线圈的分布相同；每套检测线圈***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；各组定子线圈的合成电感的相位依次相差90度；所有组定子线圈组成桥式电路，每组定子线圈构成该桥式电路的一个桥臂；桥式电路中，每两个相交的桥臂在相交处构成一个接点，从每个接点处引出一根引出线。优选地，每套检测线圈***包括四组定子线圈，构成四桥臂的桥式电路，具有四个接点，从而共引出四根引出线。四根引出线中，两根引出线为励磁线，另外两根引出线为信号线。
本发明中，定子包括定子铁心、线圈、引出线和绝缘体(尤其为绝缘骨架)等。定子铁心由导磁材料制成，定子铁心沿内圆周开槽形成定子检测齿，线圈绕在定子检测齿上，线圈与定子铁心间设置有绝缘体，该绝缘体为绝缘骨架或起到绝缘作用的材料。转子包括与转子同轴转动的转子铁心。转子铁心由导磁材料制成，转子铁心外圆周呈凸极状，因而转子包括转子凸极。
优选地，定子还包括定子解耦齿，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置有至少一个定子解耦齿，以减小或消除绕有线圈的不同的定子检测齿之间的磁耦合干扰。定子解耦齿的材料与定子检测齿和定子本体的材料一致，该材料为导磁材料。
在本发明旋转变压器中，可选择设置定子检测齿数为8，转子凸极数为K，并且K不等于4的整数倍，或同时可在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个定子解耦齿；可选择设置定子检测齿数为12，转子凸极数为K，并且K不等于2的整数倍，或同时可在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个定子解耦齿；可选择设置定子检测齿数为16，转子凸极数为K，并且K不等于8的整数倍，或同时可在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个定子解耦齿；可选择设置定子检测齿数为20，转子凸极数为K，并且K不等于10的整数倍，或同时可在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个定子解耦齿；可选择设置定子检测齿数为24，转子凸极数为K，并且K不等于4的整数倍，或同时可在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个定子解耦齿；可选择设置定子检测齿数为28，转子凸极数为K，并且K不等于14的整数倍，或同时可在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个定子解耦齿；可选择设置定子检测齿数为32，转子凸极数为K，并且K不等于16的整数倍，或同时可在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个定子解耦齿。
第一实施例：
第一实施例中，S取值为2，K取值为9，从而该旋转变压器具有12个定子检测齿和9个转子凸极。图1所示为本实施例中该旋转变压器的定转子的截面示意图。定子铁心和转子铁心均采用硅钢片冲压形成。本实施例中，12个定子检测齿沿定子铁心内表面均匀分布；9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1中未示出)。每个定子检测齿上绕有且仅饶有1个线圈，12个定子检测齿上共有12个线圈沿圆周分布，12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、1109、1110、1111、1112。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。图1中，9表示线圈。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所示为整个该旋转变压器的结构示意图。该旋转变压器包括定子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、三组引出线801、802、803。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。轴承室设置在旋转变压器的两侧端盖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。第一组引出线801、第二组引出线802和第三组引出线803均包括四根引出线，四根引出线中两根为励磁线，另外两根引出线为信号线。
本实施例中，共包括三个检测线圈***，第一检测线圈***包括绕在定子检测齿1101、1102、1103、1104上的线圈，第二检测线圈***包括绕在定子检测齿1105、1106、1107、1108上的线圈，第三检测线圈***包括绕在定子检测齿1109、1110、1111、1112上的线圈，三个检测线圈***分别属于三个独立的旋转变压器检测线圈***，三个检测线圈***分别组成第一桥式电路、第二桥式电路和第三桥式电路，第一桥式电路、第二桥式电路和第三桥式电路连接后的电路示意图如图3所示，图3中靠近左侧的桥式电路为第一桥式电路，靠近中间的桥式电路为第二桥式电路，靠近右侧的桥式电路为第三桥式电路。
图3中，第一桥式电路的桥臂XAC1由定子检测齿1101上的线圈构成，桥臂XAD1由定子检测齿1102上的线圈构成，桥臂XBC1由定子检测齿1103上的线圈构成，桥臂XBD1由定子检测齿1104上的线圈构成。第一桥式电路的4个连接节点A1、B1、C1、D1分别用4根引线引出作为包括第一桥式电路的第一旋转变压器***的四根引出线，其中两根引出线为励磁线，另外两根引出线为信号线。
图3中，第二桥式电路的桥臂XAC2由定子检测齿1105上的线圈构成，桥臂XAD2由定子检测齿1106上的线圈构成，桥臂XBC2由定子检测齿1107上的线圈构成，桥臂XBD2由定子检测齿1108上的线圈构成。第二桥式电路的4个连接节点A2、B2、C2、D2分别用4根引线引出作为包括第二桥式电路的第二旋转变压器***的四根引出线，其中两根引出线为励磁线，另外两根引出线为信号线。
图3中，第三桥式电路的桥臂XAC3由定子检测齿1109上的线圈构成，桥臂XAD3由定子检测齿1110上的线圈构成，桥臂XBC3由定子检测齿1111上的线圈构成，桥臂XBD3由定子检测齿1112上的线圈构成。第三桥式电路的4个连接节点A3、B3、C3、D3分别用4根引线引出作为包括第三桥式电路的第三旋转变压器***的四根引出线，其中两根引出线为励磁线，另外两根引出线为信号线。
本实施例中，正弦波位置信号产生的原理如下：
令旋转变压器第一检测线圈***的线圈1101、1102、1103、1104的电感分别为L1101、L1102、L1103、L1104。由图1可以看出随着转子的旋转角度的变化，各定子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9。第一检测线圈***的定子检测齿1101、1102、1103、1104上的线圈的电感随转子的旋转角度θm1变化可以分别表示为：
L1101＝L1+Lm1*sin(9θm1) 式(101)
L1102＝L1+Lm1*sin(9θm1+90) 式(102)
L1103＝L1+Lm1*sin(9θm1+180) 式(103)
L1104＝L1+Lm1*sin(9θm1+270) 式(104)
其中，L1为各电感的直流分量；
Lm1为各电感的基波幅值；
θm1为转子的旋转角度。
参照第一桥式电路：
由定子检测齿1101上的线圈构成的桥臂XAC1的电感L_AC1为：
L_AC1＝L1101＝L1+Lm1*sin(9θm1) 式(105)
由定子检测齿1102上的线圈构成的桥臂XAD1的电感L_AD1为：
L_AD1＝L1102＝L1+Lm1*sin(9θm1+90) 式(106)
由定子检测齿1103上的线圈构成的桥臂XBC1的电感L_BC1为：
L_BC1＝L1103＝L1+Lm1*sin(9θm1+180) 式(107)
由定子检测齿1104上的线圈构成的桥臂XBD1的电感L_BD1为：
L_BD1＝L1104＝L1+Lm1*sin(9θm1+270) 式(108)
由式(101)－式(108)可知，第一桥式电路的四个桥臂的电感的基波分量是依次相差90度的正弦波，通过电路的简单计算很容易求出桥式电路的接点C1和接点D1的输出电压是相位差90度的转子的旋转角度θm1的正弦信号，即能够得到关于转子的旋转角度θm1分别成正弦变化和余弦变化的电压信号，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。
令旋转变压器第二检测线圈***的定子检测齿1105、1106、1107、1108上的线圈的电感分别为L1105、L1106、L1107、L1108。由图1可以看出随着转子的旋转角度的变化，各定子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9。第二检测线圈***的定子检测齿1105、1106、1107、1108上的线圈的电感随转子的旋转角度θm1变化可以分别表示为：
L1105＝L1+Lm1*sin(9θm1) 式(109)
L1106＝L1+Lm1*sin(9θm1+90) 式(110)
L1107＝L1+Lm1*sin(9θm1+180) 式(111)
L1108＝L1+Lm1*sin(9θm1+270) 式(112)
参照第二桥式电路：
由定子检测齿1105上的线圈构成的桥臂XAC2的电感L_AC2为：
L_AC2＝L1105＝L1+Lm1*sin(9θm1) 式(113)
由定子检测齿1106上的线圈构成的桥臂XAD2的电感L_AD2为：
L_AD2＝L1106＝L1+Lm1*sin(9θm1+90) 式(114)
由定子检测齿1107上的线圈构成的桥臂XBC2的电感L_BC2为：
L_BC2＝L1107＝L1+Lm1*sin(9θm1+180) 式(115)
由定子检测齿1108上的线圈构成的桥臂XBD2的电感L_BD2为：
L_BD2＝L1108＝L1+Lm1*sin(9θm1+270) 式(116)
由式(109)－式(116)可知，第二桥式电路的四个桥臂的电感的基波分量是依次相差90度的正弦波，通过电路的简单计算很容易求出桥式电路的接点C2和接点D2的输出电压是相位差90度的转子的旋转角度θm1的正弦信号，即能够得到关于转子的旋转角度θm1分别成正弦变化和余弦变化的电压信号，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。
令旋转变压器第三检测线圈***的定子检测齿1109、1110、1111、1112上的线圈的电感分别为L1109、L1110、L1111、L1112。由图1可以看出随着转子的旋转角度的变化，各定子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9。第三检测线圈***的定子检测齿1109、1110、1111、1112上的线圈的电感随转子的旋转角度θm1变化可以分别表示为：
L1109＝L1+Lm1*sin(9θm1) 式(117)
L1110＝L1+Lm1*sin(9θm1+90) 式(118)
L1111＝L1+Lm1*sin(9θm1+180) 式(119)
L1112＝L1+Lm1*sin(9θm1+270) 式(120)
参照第三桥式电路：
由定子检测齿1109上的线圈构成的桥臂XAC3的电感L_AC3为：
L_AC3＝L1109＝L1+Lm1*sin(9θm1) 式(121)
由定子检测齿1110上的线圈构成的桥臂XAD3的电感L_AD3为：
L_AD3＝L1110＝L1+Lm1*sin(9θm1+90) 式(122)
由定子检测齿1111上的线圈构成的桥臂XBC3的电感L_BC3为：
L_BC3＝L1111＝L1+Lm1*sin(9θm1+180) 式(123)
由定子检测齿1112上的线圈构成的桥臂XBD3的电感L_BD3为：
L_BD3＝L1112＝L1+Lm1*sin(9θm1+270) 式(124)
由式(117)－式(124)可知，第三桥式电路的四个桥臂的电感的基波分量是依次相差90度的正弦波，通过电路的简单计算很容易求出桥式电路接点C3和接点D3的输出电压是相位差90度的转子的旋转角度θm1的正弦信号，即能够得到关于转子的旋转角度θm1分别成正弦变化和余弦变化的电压信号，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。
由此可见，本实施例旋转变压器的三个检测线圈***绕在同一定子上，可以同时独立检测该转子的旋转角度。该三个检测线圈***中，可以将一个或者两个作为备用***，在当前工作的检测线圈***出现故障时启用；也可以三个检测线圈***同时使用，检测结果相互比较。上述两种使用方式均可以极大地提高该旋转变压器的检测可靠性，且由于三个检测线圈***处于共同的定子上，能够节省使用的旋转变压器的个数，从而大大节省了检测占用空间和成本。
第二实施例：
第二实施例中，S取值为1，K取值为10，从而该旋转变压器具有8个定子检测齿和10个转子凸极。图4所示为本实施例中该旋转变压器的定转子的截面示意图。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内表面均匀分布；10个转子凸极沿转子铁心的外圆表面上均匀分布。本实施例中，定子还包括8各均匀分布的定子解耦齿10。
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，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。为了附图的简洁起见，且由于定子检测齿的分布和附图标记是有规律的，在图4中不一一标记各定子检测齿的附图标记，仅给出几个示例。各线圈的电感随转子的旋转角度的变化而变化。图4中，10表示定子解耦齿。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，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，共包括两个检测线圈***，第一检测线圈***包括定子检测齿2101、2102、2103、2104上的线圈，第二检测线圈***包括定子检测齿2105、2106、2107、2108上的线圈，两个检测线圈***组成两个独立的旋转变压器检测线圈***，分别组成第一桥式电路和第二桥式电路，第一桥式电路和第二桥式电路连接后的电路示意图如图5所示。图5中靠近左侧的桥式电路为第一桥式电路，靠近右侧的桥式电路为第二桥式电路。
图5中，第一桥式电路的桥臂XAC1由定子检测齿2101上的线圈构成，桥臂XAD1由定子检测齿2102上的线圈构成，桥臂XBC1由定子检测齿2103上的线圈构成，桥臂XBD1由定子检测齿2104上的线圈构成。第一桥式电路的4个连接节点A1、B1、C1、D1分别用4根引线引出作为包括第一桥式电路的第一旋转变压器***的引出线，其中两根为励磁线，另外两根为信号线。该四根引出线组成本实施例的第一组引出线801。
图5中，第二桥式电路的桥臂XAC2由定子检测齿2105上的线圈构成，桥臂XAD2由定子检测齿2106上的线圈构成，桥臂XBC2由定子检测齿2107上的线圈构成，桥臂XBD2由定子检测齿2108上的线圈构成。第二桥式电路的4个连接节点A2、B2、C2、D2分别用4根引线引出作为包括第二桥式电路的第二旋转变压器***的引出线，，其中两根为励磁线，另外两根为信号线。该四根引出线组成本实施例的第二组引出线802。
本实施例中，该旋转变压器的构造在除了上述内容以外的整体部分与第一实施例类似，因此其这些构造可以参考第一实施例的图2，与图2不同的是本实施例仅包括两组引出线801和802，而不包含第一实施例的第三组引出线803。
本实施例中，正弦波位置信号产生的原理如下：
令旋转变压器第一检测线圈***定子检测齿2101、2102、2103、2104上的线圈的电感分别为L2101、L2102、L2103、L2104。由图4可以看出随着转子的旋转角度的变化，各定子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10。第一检测线圈***的定子检测齿2101、2102、2103、2104上的线圈的电感随转子的旋转角度θm2变化可以分别表示为：
L2101＝L2+Lm2*sin(10θm2) 式(201)
L2102＝L2+Lm2*sin(10θm2-90) 式(202)
L2103＝L2+Lm2*sin(10θm2-180) 式(203)
L2104＝L2+Lm2*sin(10θm2-270) 式(204)
其中，L2为各电感的直流分量；
Lm2为各电感的基波幅值；
θm2为转子的旋转角度。
参照第一桥式电路：
由定子检测齿2101上的线圈构成的桥臂XAC1的电感L_AC1为：
L_AC1＝L2101＝L2+Lm2*sin(10θm2) 式(205)
由定子检测齿2102上的线圈构成的桥臂XAD1的电感L_AD1为：
L_AD1＝L2102＝L2+Lm2*sin(10θm2-90) 式(206)
由定子检测齿2103上的线圈构成的桥臂XBC1的电感L_BC1为：
L_BC1＝L2103＝L2+Lm2*sin(10θm2-180) 式(207)
由定子检测齿2104上的线圈构成的桥臂XBD1的电感L_BD1为：
L_BD1＝L2104＝L2+Lm2*sin(10θm2-270) 式(208)
由式(201)－式(208)可知，第一桥式电路的四个桥臂的电感基波分量是依次相差90度的正弦波，通过电路的简单计算很容易求出桥式电路的接点C1和接点D1的输出电压是相位差90度的转子的旋转角度θm2的正弦信号，即能够得到关于转子的旋转角度θm2分别成正弦变化和余弦变化的电压信号，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θm2。
令旋转变压器第二检测线圈***的定子检测齿2105、2106、2107、2108上的线圈的电感分别为L2105、L2106、L2107、L2108。由图4可以看出随着转子的旋转角度的变化，各定子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10。第二检测线圈***的定子检测齿2105、2106、2107、2108上的线圈的电感随转子的旋转角度θm2变化可以分别表示为：
L2105＝L2+Lm2*sin(10θm2) 式(209)
L2106＝L2+Lm2*sin(10θm2-90) 式(210)
L2107＝L2+Lm2*sin(10θm2-180) 式(211)
L2108＝L2+Lm2*sin(10θm2-270) 式(212)
参照第二桥式电路：
由定子检测齿2105上的线圈构成的桥臂XAC2的电感L_AC2为：
L_AC2＝L2105＝L2+Lm2*sin(10θm2) 式(213)
由定子检测齿2106上的线圈构成的桥臂XAD2的电感L_AD2为：
L_AD2＝L2106＝L2+Lm2*sin(10θm2-90) 式(214)
由定子检测齿2107上的线圈构成的桥臂XBC2的电感L_BC2为：
L_BC2＝L2107＝L2+Lm2*sin(10θm2-180) 式(215)
由定子检测齿2108上的线圈构成的桥臂XBD2的电感L_BD2为：
L_BD2＝L2108＝L2+Lm2*sin(10θm2-270) 式(216)
由式(209)－式(216)可知，第二桥式电路的四个桥臂的电感基波分量是依次相差90度的正弦波，通过电路的简单计算很容易求出桥式电路的接点C2和接点D2的输出电压是相位差90度的转子的旋转角度θm2的正弦信号，即能够得到关于转子的旋转角度θm2分别成正弦变化和余弦变化的电压信号，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θm2。
本实施例中，定子解耦齿10设置在两个定子检测齿之间，尤其设置在两个定子检测齿之间正中央的位置。由于设置了定子解耦齿，因此实际测得的电压值与上述各式中理论上计算的电感值所对应的电压值更为接近，从而使得最终检测的旋转角度的精度大大提高；同时，定子解耦齿的设置使得该旋转变压器的响应快速性大大提高，并且简化了旋转变压器的***结构。
由此可见，本实施例旋转变压器的两个检测线圈***绕在同一定子上，可以同时独立检测该转子的旋转角度。该两个检测线圈***中，可以将其中一个作为备用***，在当前工作的检测线圈***出现故障时启用；也可以两个检测线圈***同时使用，检测结果相互比较。上述两种使用方式均可以极大地提高该旋转变压器的检测可靠性，且由于两个检测线圈***处于共同的定子上，能够节省使用的旋转变压器的个数，从而大大节省了检测占用空间和成本。
以上实施例中，对转子凸极的形状的设置均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，在本发明中，也可以设置转子凸极的形状以使得线圈的电感的变化部分随转子的旋转角度呈三角波变化。
上述实施例中，转子均布置在定子的内部；在本发明中，转子也可以布置在定子的外部。
本发明还提出了一种具有上述旋转变压器的旋转体。该旋转体包括旋转体本体和上述旋转变压器。其中，旋转变压器的旋转角度与旋转体本体的旋转角度成规则的关系，因此能够由旋转变压器检测的角度得到旋转体本体的旋转角度。
第三实施例：
第三实施例中，旋转体本体为电动机，旋转变压器以包含两套检测线圈***为例。图6所示为本实施例中旋转体的结构示意图。图6中，301表示旋转变压器与电动机共用的机壳，302表示旋转变压器的定子，旋转变压器的定子302安装在与电动机共用的机壳301上；303表示电动机的定子，304表示旋转变压器的转子铁心，305表示电动机的转子铁心，旋转变压器的转子铁心304与电动机的转子铁心305一同旋转，306表示转轴；3071、3072分别表示前后端盖；308表示轴承，保证转子相对定子顺畅转动；旋转变压器包括两套检测线圈***，因而包括两组引出线，3091、3092分别表示旋转变压器的第一组引出线和第二组引出线，每组引出线共包括四根引出线，四根引出线中，两根引出线为励磁线，另外两根引出线为信号线，3010表示电动机的引线，3011表示旋转变压器线圈，3012表示电动机线圈。本实施例中，旋转体为旋转变压器与电动机本体构成一体的一体式电动机。
第四实施例：
第四实施例中，旋转体本体为电动机，旋转变压器以包含两套检测线圈***为例。图7所示为本实施例中旋转体的结构示意图。图7中，401表示旋转变压器，402表示电动机，403表示电动机转轴；旋转变压器401包括两套检测线圈***，因而包括两组引出线，4041表示旋转变压器的第一组引出线，4042表示旋转变压器的第二组引出线；405表示电动机引线，406为螺钉。本实施例中，旋转变压器401安装在电动机本体402的端部，电动机转轴403与旋转变压器转轴用联轴节连接同步旋转(图7中未示出)。由此可见，本实施例中，旋转体为旋转变压器与电动机本体构成的分体式结构。
本发明旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体在旋转变压器的同一个定子上设置两套或两套以上的检测线圈***，在使用过程中，可以将一套或多套检测线圈***作为备用***，在当前使用的检测线圈***出现故障时，切换到另一套检测线圈***继续工作，大大提高了旋转角度检测的可靠性；也可以使两套和多套检测线圈***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。由此可见，本发明能在一个旋转变压器上设置两套或两套以上的检测线圈***，相比于现有技术中具有同等可靠性的多旋转变压器***，所需设置的旋转变压器数量少，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***，在占用体积相同时，可靠性则大大提高。
同时，本发明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变压器的一致性受到不利影响，并克服了现有技术中同一定子齿上不同绕组间的短路风险；此外，本发明还能够在绕有线圈的不同的定子检测齿之间设置定子解耦齿，有效地减小或消除了不同的定子检测齿之间的磁耦合干扰。
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发明。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，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种旋转变压器，其特征在于：包括定子和转子；所述定子具有定子检测齿，所述转子具有转子凸极；
所述旋转变压器包括至少两套检测线圈***；每套所述检测线圈***包括多个绕在所述定子检测齿上的线圈，所述线圈的电感随所述转子的旋转角度的变化而变化，以根据所述线圈的电感的变化检测所述转子的旋转角度；
至少两套所述检测线圈***设置在同一个定子上。
2.根据权利要求1所述的旋转变压器，其特征在于：每套所述检测线圈***中，多个所述线圈构成桥式电路，所述桥式电路的各桥臂由一个所述线圈构成或由多个所述线圈串联构成，从所述桥式电路的桥臂相交的接点处引出引出线，作为励磁线或信号线。
3.根据权利要求1所述的旋转变压器，其特征在于：定子检测齿数为4*(S+1)，转子凸极数为K，其中S和K为正整数，且K/(S+1)不等于偶数；并且当(S+1)等于3*R且R为正整数时，K不等于2*R的正整数倍。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的旋转变压器，其特征在于：每个定子检测齿上设置最多一个所述线圈。
5.根据权利要求1所述的旋转变压器，其特征在于：每套所述检测线圈***中：包括至少四组定子线圈，每组定子线圈包括至少一个线圈，所述线圈绕在所述定子检测齿上；所有组所述定子线圈组成桥式电路，每组定子线圈构成所述桥式电路的一个桥臂；所述桥式电路中，每两个相交的桥臂在相交处构成一个接点，从每个所述接点处引出一根引出线；
优选地，每套所述检测线圈***中：各组所述定子线圈内线圈的数量和分布相同；各组所述定子线圈的合成电感的相位依次相差90度；
优选地，每套所述检测线圈***中：各所述线圈的电感的直流分量相等，各所述线圈的基波幅值相等；
优选地，每套检测线圈***均包括四组定子线圈，构成四桥臂的桥式电路，具有四个接点，从四个所述接点处引出四根引出线，其中两根所述引出线为励磁线，另外两根所述引出线为信号线。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的旋转变压器，其特征在于：所述定子还包括定子解耦齿，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置有至少一个所述定子解耦齿，以减小或消除绕有线圈的不同的定子检测齿之间的磁耦合干扰；
优选地，所述定子解耦齿的材料与所述定子检测齿和定子本体的材料一致；
进一步优选地，所述材料为导磁材料。
7.根据权利要求3所述的旋转变压器，其特征在于：
所述定子检测齿数为8，所述转子凸极数为K，并且K不等于4的整数倍；优选地，所述转子凸极数为10；
或者，所述定子检测齿数为12，所述转子凸极数为K，并且K不等于2的整数倍；优选地，所述转子凸极数为9；
或者，所述定子检测齿数为16，所述转子凸极数为K，并且K不等于8的整数倍；
或者，所述定子检测齿数为20，所述转子凸极数为K，并且K不等于10的整数倍；
或者，所述定子检测齿数为24，所述转子凸极数为K，并且K不等于4的整数倍；
或者，所述定子检测齿数为28，所述转子凸极数为K，并且K不等于14的整数倍；
或者，所述定子检测齿数为32，所述转子凸极数为K，并且K不等于16的整数倍。
8.根据权利要求3或6所述的旋转变压器，其特征在于：
所述定子检测齿数为8，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个定子解耦齿，所述转子凸极数为K，并且K不等于4的整数倍；优选地，所述转子凸极数为10，定子解耦齿数为8；
或者，所述定子检测齿数为12，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿，所述转子凸极数为K，并且K不等于2的倍数；
或者，所述定子检测齿数为16，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿，所述转子凸极数为K，并且K不等于8的整数倍；
或者，所述定子检测齿数为20，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿，所述转子凸极数为K，并且K不等于10的整数倍；
或者，所述定子检测齿数为24，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿，所述转子凸极数为K，并且K不等于4的倍数；
或者，所述定子检测齿数为28，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿，所述转子凸极数为K，并且K不等于14的整数倍；
或者，所述定子检测齿数为32，在每个绕有线圈的定子检测齿的两侧均设置至少一个所述定子解耦齿，所述转子凸极数为K，并且K不等于16的整数倍。
9.根据权利要求1所述的旋转变压器，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，与所述转轴一同旋转。
10.根据权利要求1所述的旋转变压器，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。
11.一种具有权利要求1-10中任一项所述的旋转变压器的旋转体，其特征在于：所述旋转体包括旋转体本体和所述旋转变压器；
所述旋转变压器的旋转角度与所述旋转体本体的旋转角度成规则的关系，以通过所述旋转变压器检测所述旋转体的旋转角度。
12.根据权利要求11所述的旋转体，其特征在于：所述旋转变压器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；
所述旋转变压器的定子安装在与所述旋转体本体共用的定子机壳上。
13.根据权利要求11所述的旋转体，其特征在于：所述旋转变压器固定在所述旋转体本体的端部；所述旋转变压器的转轴与所述旋转体本体的转轴连接以使得所述旋转变压器和所述旋转体本体同轴转动；
优选地，所述旋转变压器的转轴与所述旋转体本体的转轴通过联轴节连接。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的旋转体，其特征在于：所述旋转体本体为电动机。
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