單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器及繞組繞線方法
2023-07-12 02:20:41 1
單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器及繞組繞線方法
【專利摘要】單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器及繞組繞線方法，屬於變壓器【技術領域】，以解決現有的多級軸向磁阻式旋轉變壓器精度低，並且隨極對數的增加體積也隨之增大問題。定子內環面加工有環形槽，環形槽將2NP個定子長齒分割成2NP個上定子齒和2NP個下定子齒，由2NP個上定子齒和2NP個下定子齒構成2NP對定子齒；勵磁繞組放置於定子的環形槽內，正、餘弦信號繞組以單層繞線方式交替地纏繞於定子齒上。方法是：任選過定子的軸線且不與定子齒相交的平面，沿順時針方向將2NP對定子齒按照正、餘弦相交替地分成兩套2NP對定子齒，將NP對定子齒分為P部分。本發明用於旋轉編碼器無法正常工作的場合。
【專利說明】單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器及繞組繞線方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種單層信號繞組旋轉變壓器及繞組繞線方法，屬於變壓器【技術領域】。
【背景技術】
[0002]用於高精度位置測試的磁阻式旋轉變壓器，其特有的磁路結構可以抵消由偏心等因素引起的誤差。現有的磁阻式旋轉變壓器一般採用定子與轉子間的磁阻變化，使輸出信號的電勢幅值發生變化，其無刷、無耦合變壓器式結構，與繞線式轉子旋轉變壓器相比使用可靠，壽命長，廣泛應用在高溫、嚴寒、潮溼、高速、高震動等旋轉編碼器無法正常工作的場合，如機器人系統、機械工具、汽車、電力、冶金、紡織、印刷等領域。但是，現有的多級軸向磁阻式旋轉變壓器不僅精度相對較低，而且隨極對數的增加體積也有顯著增大。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器及繞組繞線方法，以解決現有的多級軸向磁阻式旋轉變壓器精度低，並且隨極對數的增加體積也隨之增大的問題。
[0004]實現上述目的，採取的技術方案如下:
[0005]本發明的單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器，包括定子、轉子、勵磁繞組、正弦信號繞組以及餘弦信號繞組；轉子和定子均為圓筒形狀，定子與轉子之間具有相等的氣隙，定子內環面沿軸向加工有2NP個定子長槽和2NP個定子長齒，2NP個定子長槽沿定子內環面均布設置，相鄰兩個定子長槽之間為所述的定子長齒，2NP個定子長槽和2NP個定子長齒位於定子內環面的同一圓周上；定子內環面的中部沿圓周方向上加工有一環形槽，且環形槽開設在定子長槽和定子長齒的中部，環形槽將2NP個定子長齒分割成2NP個上定子齒和2NP個下定子齒，由2NP個上定子齒和2NP個下定子齒構成2NP對定子齒；其中，N為自然數，N的取值範圍為2?15，P為轉子極對數；勵磁繞組放置於定子的環形槽內，勵磁繞組與定子同心設置；正弦信號繞組與餘弦信號繞組以單層繞線方式交替地纏繞於定子齒上。
[0006]本發明的單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器繞組繞線方法，所述的方法是:
[0007]任意選取一個過定子的軸線且不與定子齒相交的平面，並以該平面為基準，沿順時針方向將2NP對定子齒按照正弦相與餘弦相交替地分成兩套2NP對定子齒，再根據繞線方式將每相信號繞組的NP對定子齒均分為P部分；對於正弦信號繞組而言，從平面開始沿順時針方向將第一部分的N對定子齒分為兩組；當N為偶數時，在第一組*對定子齒上沿逆時針方向繞線，在第二組*對定子齒上沿順時針方向繞線；當N為奇數時，在第一組￥對定子齒上沿逆時針方向繞線，在第二組￥對定子齒上沿順時針方向繞線；餘弦信號繞組繞線方式與正弦信號繞組相同，相位上相差90°電角度；其他的P-1部分定子齒的繞線方式與所述的N為偶數時和N為奇數時的繞線方式相同。
[0008]本發明具有以下有益效果:
[0009]1、本發明基於磁阻變化原理的高精度角度傳感元件，它的結構簡單、緊湊，不僅使得電勢恆定分量減小，其特殊的消諧波式單層信號繞組結構還可以最大限度地消除由安裝偏心等帶來的誤差，從而提高了測量精度。
[0010]2、本發明在已有的磁阻式旋轉變壓器的基礎上改進了定子上信號繞組的設置以及繞線方式，可以極大限度的削弱函數誤差，使測量精度更高，且可以縮小體積，降低材料使用率，非常適合於角度與位置的測量。
[0011]3、本發明的方法可以有效地降低諧波誤差含量，從而在已有的磁阻式旋轉變壓器基礎上提高測量精度。
[0012]綜上，本發明的單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器及繞組繞線方法可廣泛應用在高溫、嚴寒、潮溼、高速、高震動等旋轉編碼器無法正常工作的場合，如機器人系統、機械工具、汽車、電力、冶金、紡織、印刷等領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器的主視結構示意圖；
[0014]圖2為轉子的結構示意圖；
[0015]圖3為本發明的單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器的軸向剖面圖；
[0016]圖4為本發明的單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器的正、餘弦信號繞組的匝數分布圖，圖中E指代的為正弦相，F指代的為餘弦相，黑色區域表示為所對應信號繞組的匝數值，所對應信號繞組的匝數值在虛線空白區域為零；
[0017]圖5為勵磁繞組的結構示意圖。
[0018]圖中所示出的部件名稱及標號如下:
[0019]轉子1、導磁區域1-1、非導磁區域1-2、定子2、上定子齒2-1、環形槽2_2、下定子齒2-3、氣隙3、正弦信號繞組4、餘弦信號繞組5、平面6、定子長槽7、勵磁繞組8、定子齒9。
【具體實施方式】
[0020]【具體實施方式】一:如圖1?圖3及圖5所示，單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器，包括定子2、轉子1、勵磁繞組8、正弦信號繞組4以及餘弦信號繞組5 ;轉子I和定子2均為圓筒形狀，定子2與轉子I之間具有相等的氣隙3，定子2內環面沿軸向加工有2NP個定子長槽7和2NP個定子長齒，2NP個定子長槽7沿定子2內環面均布設置，相鄰兩個定子長槽7之間為所述的定子長齒，2NP個定子長槽7和2NP個定子長齒位於定子2內環面的同一圓周上；定子2內環面的中部沿圓周方向上加工有一環形槽2-2，且環形槽2-2開設在定子長槽7和定子長齒的中部，環形槽2-2將2NP個定子長齒分割成2NP個上定子齒2_1和2NP個下定子齒2-3，由2NP個上定子齒2_1和2NP個下定子齒2_3構成2NP對定子齒9 ；其中，N為自然數，N的取值範圍為2?15，P為轉子I極對數；勵磁繞組8放置於定子2的環形槽2-2內，勵磁繞組8與定子2同心設置，勵磁繞組8集中繞組；正弦信號繞組4與餘弦信號繞組5以單層繞線方式交替地纏繞於定子齒9上。
[0021]優選的是:上定子齒2-1的軸向長度、下定子齒2-3的軸向長度與環形槽2-2槽寬相等。可以更好的形成定子2與轉子I之間的耦合面積，從而使輸出的信號繞組的反電動勢效果更好。
[0022]【具體實施方式】二:如圖1、圖2所示，【具體實施方式】一所述的單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器，所述的轉子I圓周側壁的中部呈正弦形區域為導磁區域1-1，轉子I上除導磁區域1-1以外的餘下區域為非導磁區域1-2。所述的導磁區域1-1的材料為釙鏌合金或軟磁鐵氧體材料，或者為疊加的矽鋼片；所述的非導磁區域1-2的材料為鋁合金。如此設計，改變了定子齒9與轉子I的耦合面積，從而實現了氣隙磁導的周期性變化。
[0023]圓筒形狀的轉子I起到支撐正弦形導磁區域1-1的作用。正弦形導磁區域1-1有P對波峰和P對波谷。
[0024]所述的正弦信號繞組4的總匝數與餘弦信號繞組5總匝數相等。保證正、餘弦信號繞組的輸出電勢幅值相等。
[0025]【具體實施方式】三:如圖1、圖4所示，一種【具體實施方式】二所述的單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器繞組繞線方法，兩相信號繞組為集中繞組繞組，線型相同，且兩相信號繞組按照正弦規律變化；所述的方法是:
[0026]任意選取一個過定子2的軸線且不與定子齒9相交的平面6，並以該平面6為基準，沿順時針方向將2NP對定子齒9按照正弦相E與餘弦相F交替地分成兩套2NP對定子齒9，再根據繞線方式將每相信號繞組的NP對定子齒9均分為P部分；對於正弦信號繞組4而言，從平面6開始沿順時針方向將第一部分的N對定子齒9分為兩組；當N為偶數時，在第一組#對定子齒9上沿逆時針方向繞線，在第二組！對定子齒9上沿順時針方向繞線；
當N為奇數時，在第一組二^ 定子齒9上沿逆時針方向繞線，在第二組^~對定子齒
9上沿順時針方向繞線；餘弦信號繞組5繞線方式與正弦信號繞組4相同，相位上相差90°
電角度；其他的P-1部分定子齒9的繞線方式與所述的N為偶數時和N為奇數時的繞線方式相同；
[0027]對於正弦信號繞組4而言，匝數為.(A1Z)
【權利要求】
1.一種單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器，包括定子(2)、轉子(I)、勵磁繞組(8)、正弦信號繞組⑷以及餘弦信號繞組(5);轉子⑴和定子⑵均為圓筒形狀，其特徵是:定子⑵與轉子⑴之間具有相等的氣隙(3)，定子(2)內環面沿軸向加工有2NP個定子長槽(7)和2NP個定子長齒，2NP個定子長槽(7)沿定子(2)內環面均布設置，相鄰兩個定子長槽(7)之間為所述的定子長齒，2NP個定子長槽(7)和2NP個定子長齒位於定子(2)內環面的同一圓周上；定子(2)內環面的中部沿圓周方向上加工有一環形槽(2-2)，且環形槽(2-2)開設在定子長槽(7)和定子長齒的中部，環形槽(2-2)將2NP個定子長齒分割成2NP個上定子齒(2-1)和2NP個下定子齒(2-3)，由2NP個上定子齒(2_1)和2NP個下定子齒(2-3)構成2NP對定子齒(9);其中，N為自然數，N的取值範圍為2~15，P為轉子(I)極對數；勵磁繞組⑶放置於定子⑵的環形槽(2-2)內，勵磁繞組⑶與定子(2)同心設置；正弦信號繞組(4)與餘弦信號繞組(5)以單層繞線方式交替地纏繞於定子齒(9)上。
2.根據權利要求1所述的單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器，其特徵是:所述的轉子(I)圓周側壁的中部呈正弦形區域為導磁區域(1-1)，轉子(I)上除導磁區域(1-1)以外的餘下區域為非導磁區域(1-2)。
3.根據權利要求2所述的單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器，其特徵是:所述的導磁區域(1-1)的材料為釙鏌合金或軟磁鐵氧體材料，或者為疊加的矽鋼片；所述的非導磁區域(1-2)的材料為鋁合金。
4.根據權利要求1或2或3所述的單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器，其特徵是:所述的正弦信號繞組(4)的總匝數與餘弦信號繞組(5)總匝數相等。
5.一種權利要求4所述的單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器繞組繞線方法，其特徵是:所述的方法是: 任意選取一個過定子(2)的軸線且不與定子齒(9)相交的平面(6)，並以該平面(6)為基準，沿順時針方向將2NP對定子齒(9)按照正弦相(E)與餘弦相(F)交替地分成兩套2NP對定子齒(9)，再根據繞線方式將每相信號繞組的NP對定子齒(9)均分為P部分；對於正弦信號繞組(4)而言，從平面(6)開始沿順時針方向將第一部分的N對定子齒(9)分為兩組；當N為偶數時，在第一細#對定子齒(9)上沿逆時針方向繞線，在第二組#對定子齒
2(9)上沿順時針方向繞線；當N為奇數時，在第一組對定子齒(9)上沿逆時針方向繞線，在第二組￥對定子齒(9)上沿順時針方向繞線；餘弦信號繞組(5)繞線方式與正弦信號繞組(4)相同，相位上相差90°電角度；其他的P-1部分定子齒(9)的繞線方式與所述的N為偶數時和N為奇數時的繞線方式相同。
6.根據權利要求5所述的單層信號繞組軸向磁路多極旋轉變壓器繞組繞線方法，其特徵是: 對於正弦信號繞組(4)而言，匝數為
對於餘弦信號繞組(5)而言，匝數為
式中，Z1為一對定子齒(9)上正弦信號繞組(4)的匝數，Z2為一個定子齒(9)上餘弦信號繞組(5)的匝數，ZpZ2的值需要取整，ZpZ2為負值時表示反向繞線^為預取正弦信號繞組⑷匝數的幅值；K2為預取餘弦信號繞組(5)匝數的幅值，K1, K2的單位是匝夂為距平面6的正弦相定子齒的對數，A2為距平面6的餘弦相定子齒的對數，ApA2取值範圍均為O~4N。
【文檔編號】H02K1/16GK104200969SQ201410474858
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】尚靜, 王昊, 胡建輝, 王騫, 鄒繼斌, 劉雪緣 申請人:哈爾濱工業大學