CN210156247U - 一种角度传感器的绕线结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种角度传感器的绕线结构，包括设置在电路板上的激励线圈和接收线圈；所述激励线圈与处理电路相连接，接收线圈包括分别与处理电路相连接的第一接收线圈和第二接收线圈；第一接收线圈和第二接收线圈均设置在激励线圈的内侧；激励线圈、第一接收线圈、第二接收线圈均沿圆周方向旋绕多圈，且均同轴设置；激励线圈分布在电路板的两面中的任一面上，或激励线圈在电路板的两面均有分布；第一接收线圈的每圈均在电路板的正反两面上交替旋绕，第一接收线圈在电路板所处平面上的投影形成若干个依次相连的闭合回路。本实用新型的绕线结构对气隙的大小的适应性较好，制造成本低、重量轻。

Description

一种角度传感器的绕线结构

技术领域

本实用新型属于旋转变压器技术领域，具体地讲涉及一种角度传感器的绕线结构。

背景技术

目前广泛应用的旋转变压器均为磁阻式原理设计的，当转子相对定子转动时，空间的气隙磁导发生变化，气隙磁导的变化导致输入和输出绕组之间互感的变化，输出绕组感应的电势亦发生变化。实际应用中是通过输出电压幅值的变化而测得转子的转角的。

但是磁阻式旋转变压器的转子是凸极式铁芯，定子铁心由带有一定槽数的硅钢片叠压而成的，材料成本高，而且重量较重；磁阻式旋转变压器的转子与定子的工作气隙小，安装精度要求高。

实用新型内容

根据现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种角度传感器的绕线结构，其其对气隙的大小的适应性较好，制造成本低、重量轻。

本实用新型采用以下技术方案：

一种角度传感器的绕线结构，包括设置在电路板上的激励线圈和接收线圈；所述激励线圈与处理电路相连接，所述接收线圈包括分别与处理电路相连接的第一接收线圈和第二接收线圈；所述第一接收线圈和第二接收线圈均设置在激励线圈的内侧；

所述激励线圈、第一接收线圈、第二接收线圈均沿圆周方向旋绕多圈，且均同轴设置；

所述激励线圈分布在电路板的两面中的任一面上，或激励线圈在电路板的两面均有分布；

所述第一接收线圈的每圈均在电路板的正反两面上交替旋绕，第一接收线圈在电路板所处平面上的投影形成若干个依次相连的闭合回路；所述第二接收线圈的绕线方式与第一接收线圈相同，且第一接收线圈和第二接收线圈二者以同轴设置的轴心为圆心并旋转偏差一定角度设置。

优选的，所述第一接收线圈、第二接收线圈在电路板上沿圆周方向均旋绕两圈，所述第一接收线圈在电路板的一面上旋绕半个回路周期的角度后，再穿过电路板在电路板的另一面上旋绕半个回路周期角度，以此反复；所述第一接收线圈的两圈线圈在电路板所处平面上的投影交错排布且彼此互补，且第一接收线圈的两圈线圈在电路板所处平面上的投影叠加形成圆环；所述第二接收线圈的绕线方式与上述第一接收线圈的绕线方式相同。

进一步优选的，所述第一接收线圈和第二接收线圈在电路板所处平面上的投影形成的闭合回路均呈扇形状布置。

进一步优选的，所述第一接收线圈和第二接收线圈二者的旋转偏差角度为变压器的回路周期角度的1/4。

本实用新型的有益效果在于：

1)本实用新型的绕线结构包括设置在电路板上的激励线圈和接收线圈；所述激励线圈与处理电路相连接，所述接收线圈包括分别与处理电路相连接的第一接收线圈和第二接收线圈；所述第一接收线圈和第二接收线圈均设置在激励线圈的内侧；所述激励线圈、第一接收线圈、第二接收线圈均沿圆周方向旋绕多圈，且均同轴设置；所述激励线圈分布在电路板的两面中的任一面上，或激励线圈在电路板的两面均有分布；所述第一接收线圈的每圈均在电路板的正反两面上交替旋绕，第一接收线圈在电路板所处平面上的投影形成若干个依次相连的闭合回路；所述第二接收线圈的绕线方式与第一接收线圈相同，且第一接收线圈和第二接收线圈二者以同轴设置的轴心为圆心并旋转偏差一定角度设置；由于采用上述结构的电感式设计，使得旋转变压器的定子的重量较轻，制造成本较低，在安装工艺上对感应片与定子之间的气隙的大小的适应性较好。

2)所述第一接收线圈在电路板上沿圆周方向旋绕两圈，所述第一接收线圈在电路板的一面上旋绕半个回路周期的角度后，再穿过电路板在电路板的另一面上旋绕半个回路周期角度，以此反复；所述第一接收线圈的两圈线圈在电路板所处平面上的投影交错排布且彼此互补，且第一接收线圈的两圈线圈在电路板所处平面上的投影叠加形成圆环；所述第二接收线圈的绕线方式与上述第一接收线圈的绕线方式相同；接收线圈的上述绕法，使得单个接收线圈的正反回路之间产生的感应电动势相互抵消。

附图说明

图1为本实用新型的对应的旋转变压器的示意图。

图2为本实用新型的对应的旋转变压器的侧视图。

图3为本实用新型的对应的旋转变压器的感应片的示意图。

图4为本实用新型的绕线结构的示意图。

图5a、图5b、图5c分别为本实用新型的第一接收线圈的第一圈线圈、第二圈线圈、两圈线圈叠加在电路板所处平面上的投影的示意图。

图6a、图6b、图6c分别为本实用新型的第二接收线圈的第一圈线圈、第二圈线圈、两圈线圈叠加在电路板所处平面上的投影的示意图。

图7为本实用新型的旋转变压器的处理电路的示意图。

附图标记：1-感应片，2-定子，11-环片，12-凸齿，13-非磁性板，21-激励线圈，22-接收线圈，23-处理电路，L1-第一接收线圈，L2-第二接收线圈，U1-电感芯片，R1-第一电阻，C1-第一电容，C2-第二电容，C3-第三电容，C4-第四电容，C5-第五电容。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、图4所示，包括设置在电路板上的激励线圈21和接收线圈22；所述激励线圈21与处理电路23相连接，所述接收线圈22包括分别与处理电路23相连接的第一接收线圈L1和第二接收线圈L2；所述第一接收线圈L1和第二接收线圈L2均设置在激励线圈21的内侧；

所述激励线圈21、第一接收线圈L1、第二接收线圈L2均沿圆周方向旋绕多圈，且均同轴设置；

所述激励线圈21分布在电路板的两面中的任一面上，或激励线圈21在电路板的两面均有分布；

所述第一接收线圈L1的每圈均在电路板的正反两面上交替旋绕，第一接收线圈L1在电路板所处平面上的投影形成若干个依次相连的闭合回路；所述第二接收线圈L2的绕线方式与第一接收线圈L1相同，且第一接收线圈L1和第二接收线圈L2二者以同轴设置的轴心为圆心并旋转偏差一定角度设置。

如图4、图5a、图5b、图5c、图6a、图6b、图6c所示，其中图5a、图5b、图5c、图6a、图6b、图6c中的粗线和细线分别表示在电路板不同面上的线圈。所述第一接收线圈L1、第二接收线圈L2在电路板上沿圆周方向均旋绕两圈，所述第一接收线圈L1在电路板的一面上旋绕半个回路周期的角度后，再穿过电路板在电路板的另一面上旋绕半个回路周期角度，以此反复；所述第一接收线圈L1的两圈线圈在电路板所处平面上的投影交错排布且彼此互补，且第一接收线圈L1的两圈线圈在电路板所处平面上的投影叠加形成圆环；所述第二接收线圈L2的绕线方式与上述第一接收线圈L1的绕线方式相同。

所述第一接收线圈L1和第二接收线圈L2在电路板所处平面上的投影形成的闭合回路均呈扇形状布置。

所述第一接收线圈L1和第二接收线圈L2二者的旋转偏差角度为变压器的回路周期角度的1/4。

如图1、图2所示，本实用新型的绕线结构在工作时需与相应的感应片1和处理电路23配合工作，下面结合附图对工作过程进行描述。

如图3所示，所述感应片1包括一体成型的环片11和多个凸齿12，所述多个凸齿12沿环片11的圆周方向均匀分布，且相邻的两个凸齿12之间设有空部。

所述环片11和多个凸齿12所在的平面均处于同一平面，多个凸齿12的面积大小相等。

本实用新型的所述第一接收线圈L1和第二接收线圈L2与相应的感应片1的结构设置，使得感应片1旋转时，感应片1沿其轴向覆盖的单个闭合回路的面积变化率呈正弦波状分布。

所述环片11和凸齿12均设置在同一非磁性板13上，且所述非磁性板13可绕环片11的轴线旋转的设置在测量转轴上；所述非磁性板13与变压器的定子之间设有间隙。

所述凸齿12设置为正弦波状，且凸齿12的个数与变压器的磁极数相等；所述环片11的外直径d1与第一接收线圈L1和第二接收线圈L2的内直径d2相等，所述凸齿12的波峰与同轴设置的轴心之间的距离r1等于第一接收线圈L1和第二接收线圈L2的外半径r2。

以同轴设置的轴心为圆心、以所述凸齿12的波峰与同轴设置的轴心之间的距离r1为半径而形成的圆形内，每个凸齿12的面积与相邻的两个凸齿12之间的空部的面积相等。

所述环片11和凸齿12均为铜、铝或不锈钢材质。

如图7所示，所述处理电路23包括电感芯片U1，电感芯片U1的引脚一连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接地；电感芯片U1的引脚二直接接地；电感芯片U1的引脚三悬空；电感芯片U1的引脚四连接电源和第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端接地；电感芯片U1的引脚五连接基准电源和第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地；电感芯片U1的引脚六输出正弦信号；电感芯片U1的引脚七输出余弦信号；电感芯片U1的引脚八连接第二接收线圈L2的一端，电感芯片U1的引脚十连接第一接收线圈L1的一端，第一接收线圈L1的另一端和第二接收线圈L2的另一端均连接第四电容C4的一端、第五电容C5的一端，且第一接收线圈L1的另一端、第二接收线圈L2的另一端和电感芯片U1的引脚九均接地，第四电容C4的另一端分别连接激励线圈21的一端和电感芯片U1的引脚十三，第五电容C5的另一端分别连接激励线圈21的另一端和电感芯片U1的引脚十二，激励线圈21的中间抽头处连接激励电源；电感芯片U1的引脚十一连接第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端连接电源；电感芯片U1的引脚十四接地。

所述电感芯片U1采用Sensemi公司的SS1602型号芯片，其各引脚功能描述如下：

引脚一：防锁功能，当芯片内部锁住之后，把这个脚通过上拉到电源，可以重复写EEPROM；

引脚二：GND，接地；

引脚三：输出脚，可以通过编程输出DAC输出、PWM输出、反向PWM输出、SENT输出；此产品使用时悬空；

引脚四：芯片供电引脚，通过外部电源给芯片供电，使得芯片可以正常工作，需要连接一个220nF的第一电容C1，第一电容C1另外一端连接到GND；

引脚五：输出调节脚，通过调节电压使得输出在模拟输出和数字输出之间切换；需要连接一个220nF的第二电容C2，第二电容C2另外一端连接到GND；

引脚六：输出脚，输出余弦波变化的电压信号；

引脚七：输出脚，输出正弦波变化的电压信号；

引脚八：接收信号脚，接收线圈22上的信号通过此脚进入芯片；

引脚九：引脚八和引脚十的参考地，连接到GND；

引脚十：接收信号脚，接收线圈22上的信号通过此脚进入芯片；

引脚十一：辅助测试脚，需要连接一个220nF的第三电容C3，第三电容C3另外一端连接到GND；

引脚十二：LC振荡器引脚，连接到激励线圈21；

引脚十三：LC振荡器引脚，连接到激励线圈21；

引脚十四：不使用，连接到GND。

本实用新型在使用时，可以与现有技术中的软件配合来进行使用。下面结合现有技术中的软件对本实用新型的工作原理进行描述，但是必须指出的是：与本实用新型相配合的软件不是本实用新型的创新部分，也不是本实用新型的组成部分。

本实用新型的旋转变压器的感应片1没有旋转时，所述第一接收线圈L1和第二接收线圈L2中的感应电动势为0；当给激励线圈21施加直流电压时就能产生很强的磁场，感应片1旋转时对接收线圈22的正反回路进行依次遮盖，此时所述第一接收线圈L1和第二接收线圈L2产生的感应电动势呈周期性变化。加上第一接收线圈L1和第二接收线圈L2之间存在一定的旋转偏差角度，使得第一接收线圈L1和第二接收线圈L2之间存在相对应的电气角度差，进而通过处理电路23输出余弦信号和正弦信号。

根据公式f＝pole*V/60,可得到转速V的计算公式：

V＝60*f/ploe

其中，f为输出的正余弦信号的频率，pole表示磁极数，V表示转速。

因此，根据输出的正余弦信号的频率f，可以求得测量转轴的转速V。

根据公式tanθ＝sinθ/cosθ＝u1/u2，可得到转动角度θ的计算公式：

θ＝artan(u1/u2)

其中，θ为转动角度，u1和u2分别表示转角θ所在的时刻下的正弦信号电压和余弦信号电压。

因此，根据输出的正弦信号电压u1和余弦信号电压u2，可以求得测量转轴的转动角度θ。

综上所述，本实用新型提供了一种角度传感器的绕线结构，其对气隙的大小的适应性较好，制造成本低、重量轻。

Claims (4)

1.一种角度传感器的绕线结构，其特征在于：包括设置在电路板上的激励线圈(21)和接收线圈(22)；所述激励线圈(21)与处理电路(23)相连接，所述接收线圈(22)包括分别与处理电路(23)相连接的第一接收线圈(L1)和第二接收线圈(L2)；所述第一接收线圈(L1)和第二接收线圈(L2)均设置在激励线圈(21)的内侧；

所述激励线圈(21)、第一接收线圈(L1)、第二接收线圈(L2)均沿圆周方向旋绕多圈，且均同轴设置；

所述激励线圈(21)分布在电路板的两面中的任一面上，或激励线圈(21)在电路板的两面均有分布；

所述第一接收线圈(L1)的每圈均在电路板的正反两面上交替旋绕，第一接收线圈(L1)在电路板所处平面上的投影形成若干个依次相连的闭合回路；所述第二接收线圈(L2)的绕线方式与第一接收线圈(L1)相同，且第一接收线圈(L1)和第二接收线圈(L2)二者以同轴设置的轴心为圆心并旋转偏差一定角度设置。

2.根据权利要求1所述的一种角度传感器的绕线结构，其特征在于：所述第一接收线圈(L1)、第二接收线圈(L2)在电路板上沿圆周方向均旋绕两圈，所述第一接收线圈(L1)在电路板的一面上旋绕半个回路周期的角度后，再穿过电路板在电路板的另一面上旋绕半个回路周期角度，以此反复；所述第一接收线圈(L1)的两圈线圈在电路板所处平面上的投影交错排布且彼此互补，且第一接收线圈(L1)的两圈线圈在电路板所处平面上的投影叠加形成圆环；所述第二接收线圈(L2)的绕线方式与上述第一接收线圈(L1)的绕线方式相同。

3.根据权利要求2所述的一种角度传感器的绕线结构，其特征在于：所述第一接收线圈(L1)和第二接收线圈(L2)在电路板所处平面上的投影形成的闭合回路均呈扇形状布置。

4.根据权利要求2所述的一种角度传感器的绕线结构，其特征在于：所述第一接收线圈(L1)和第二接收线圈(L2)二者的旋转偏差角度为变压器的回路周期角度的1/4。

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