一種雙餘度雙通道無接觸旋轉變壓器的製作方法

2023-04-24 22:38:26

專利名稱：一種雙餘度雙通道無接觸旋轉變壓器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無接觸旋轉變壓器，特別涉及一種雙餘度雙通道無接觸旋轉變壓器。
背景技術：
旋轉變壓器是按照電磁感應原理工作的一類角位傳感電機，當在輸入繞組上施加一定交流電壓時，電機旋轉過程中，其輸入繞組與輸出繞組由於相對位置改變而使它們之間的匝鏈磁通變化，在輸出繞組上就會產生與轉子轉角成一定函數關係的輸出電壓。應用最多的是輸出電壓與轉子轉角成正餘弦函數關係的正餘弦旋轉變壓器。
早期的旋轉變壓器為一對極產品，產品精度為數十角分，不能滿足數角分至數角秒高精度同步隨動系統的產品精度要求，開始人們採用機械變速的雙通道系統，在這種變速系統中，由於齒輪變速所帶來的誤差極難低於2～3角分，系統精度無法進一步提高，雙通道機械變速系統的應用受到限制。上世紀50年代末，出現了電氣變速的雙通道系統，系統中使用的雙通道旋轉變壓器是在一對極旋轉變壓器等的原理結構上發展起來的，隨著極對數的增加，產品精度可從角分級提高到角秒級。伴隨著武器裝備精度要求的提高和新型武器裝備的開發，具有高精度特徵的雙通道多極旋轉變壓器應用越來越廣泛。上世紀70～80年代，工業發達國家就非常重視這類電機的開發，逐漸使其技術完善化，美、英、日、俄有關公司都有系列產品供應，並制定有相應的軍用標準或工業標準。我國也於上世紀80年代建立起雙通道多極旋轉變壓器的基本系列，制定了相應的國家標準和國家軍用標準。
上世紀60～70年代國外已進行旋轉變壓器無刷化技術方案的研究，80～90年代無刷化技術已趨於成熟，並有系列產品生產。我國也逐漸形成了自己的系列產品。無論國內還是國外，無接觸旋轉變壓器的產品主要集中在組裝式為φ45mm以下，分裝式為φ100mm以下的單對極或兩對極產品。上世紀90年代末，大機座號的單對極無接觸旋轉變壓器和雙通道無接觸旋轉變壓器需求不斷增多，國內開始研製，基本規格為φ70～φ200mm，設計理論已經形成，尚未形成標準化、系列化產品。
系統的可靠性在相當程度上取決於元器件的可靠性，為了減少系統或武器裝備的故障率提高其可靠性，系統中常採用冗餘(餘度)設計技術，即在系統中起關鍵作用的地方，增加一套以上完成相同功能的元件，當該部分出現故障時，系統仍能正常工作，以減少系統或設備的故障率提高其可靠性。對於複雜的、有高可靠和長壽命要求的大、中型設備和無法維修或要求不停機的系統或設備更應採用冗餘設計。
對於大機座號高頻高精度雙餘度雙通道旋轉變壓器國內基本上沒有研究，而這類電機在大型潛艇，船舶及大口徑雷達系統中需求較大。由於該類電機激磁頻率高，體積較大，其磁場分析，設計理論、結構設計及關鍵工藝技術、加工製造技術等方面還不成熟，特別是針對高頻後旋轉變壓器粗、精機之間及和無接觸部分環形變壓器之間的電磁幹擾、阻抗匹配，高頻、大體積的氣隙磁場分析及環境適應性的要求，仍有許多未知領域需要探索。

發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，提供了一種高可靠性、高精度、長壽命的雙餘度雙通道無接觸旋轉變壓器。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是包括一對極旋轉變壓器和一多對極旋轉變壓器，其特點是，所說的環形變壓器包括第一環形變壓器和第二環形變壓器，所說的多極旋轉變壓器包括粗機旋轉變壓器和精機旋轉變壓器，第一環形變壓器定子鐵心槽中嵌放有第一環形定子繞組S1S3，轉子鐵心槽中嵌放有第一環形轉子繞組R1R3，第二環形變壓器定子鐵心槽中嵌放有第二環形定子繞組S2S4，轉子鐵心槽中嵌放有第二環形轉子繞組R2R4；所說的粗機旋轉變壓器的轉子鐵心槽中嵌放兩套空間位置相同的第一、第二正弦相粗機轉子繞組R5R7、R9R11和第一、第二餘弦相粗機轉子繞組R6R8、R10R12，定子鐵心槽中嵌放兩套空間位置相同的第一、第二正弦相粗機定子繞組S5S7、S9S11和第一、第二餘弦相粗機定子繞組S6S8、S10S12；精機旋轉變壓器的轉子鐵心槽中嵌放兩套空間位置相同的第一、第二正弦相精機轉子繞組R13R15、R17R19和第一、第二餘弦相精機轉子繞組R14R16、R18R20，精機旋轉變壓器的定子鐵心槽中嵌放兩套空間位置相同的第一、第二正弦相精機定子繞組S13S15、S17S19和第一、第二餘弦相精機定子繞組S14S16、S18S20，第一環形變壓器的第一環形轉子繞組R1R3與粗機旋轉變壓器的第一餘弦相粗機轉子繞組R6R8、精機旋轉變壓器的第一餘弦相精機轉子繞組R14R16相連接，第二環形變壓器的第二環形轉子繞組R2R4與粗機旋轉變壓器的和第二餘弦相粗機轉子繞組R10R12、精機旋轉變壓器的餘弦相精機轉子繞組R18R20相連接，粗機旋轉變壓器的第一、第二正弦相粗機轉子繞組R5R7、R9R11和精機旋轉變壓器的第一、第二正弦相精機定子繞組S13S15、S17S19作為補償繞組分別自行短接。
本發明的另一特點是第一環形變壓器和第二環形變壓器的結構及繞組參數完全相同，形成分磁路的雙餘度結構；環形變壓器的定子與轉子之間還設置有定子襯套和轉子襯套。
由於本發明將極旋轉變壓器和多極旋轉變壓器組合成一起，從而實現了高精度；採用環形變壓器替代電刷和滑環，實現無接觸，採用雙餘度的結構型式、磁路型式、線路型式，實現多餘度，更大程度提高電機可靠性和壽命，大大減少系統的故障率提高其可靠性，提高系統的測角精度，延長系統的工作壽命。


圖1是本發明的結構原理圖；圖2是本發明的電氣原理圖；圖3是本發明襯套的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
參見圖1，本發明包括一對極旋轉變壓器和一對多極旋轉變壓器，極旋轉變壓器包括第一環形變壓器1和第二環形變壓器2，所說的多極旋轉變壓器包括粗機旋轉變壓器3和精機旋轉變壓器4，參見圖2，本發明的多極旋轉變壓器包括粗機旋轉變壓器3和精機旋轉變壓器4，第一環形變壓器1定子鐵心槽中嵌放有第一環形定子繞組S1S3，轉子鐵心槽中嵌放有第一環形轉子繞組R1R3，第二環形變壓器2定子鐵心槽中嵌放有第二環形定子繞組S2S4，轉子鐵心槽中嵌放有第二環形轉子繞組R2R4，第一環形變壓器1和第二環形變壓器2的結構及繞組參數完全相同，形成分磁路的雙餘度結構，所說的粗機旋轉變壓器3的轉子鐵心槽中嵌放兩套空間位置相同的第一、第二正弦相粗機轉子繞組R5R7、R9R11和第一、第二餘弦相粗機轉子繞組R6R8、R10R12、定子鐵心槽中嵌放兩套空間位置相同的第一、第二正弦相粗機定子繞組S5S7、S9S11和第一、第二餘弦相粗機定子繞組S6S8、S10S12；精機旋轉變壓器4的轉子鐵心槽中嵌放兩套空間位置相同的第一、第二正弦相精機轉子繞組R13R15、R17R19和第一、第二餘弦相精機轉子繞組R14R16、R18R20、精機旋轉變壓器4的定子鐵心槽中嵌放兩套空間位置相同的第一、第二正弦相精機定子繞組S13S15、S17S19和第一、第二餘弦相精機定子繞組S14S16、S18S20，第一環形變壓器1的第一環形轉子繞組R1R3與粗機旋轉變壓器3的第一餘弦相粗機轉子繞組R6R8、精機旋轉變壓器4的第一餘弦相精機轉子繞組R14R16相連接，第二環形變壓器2的第二環形轉子繞組R2R4與粗機旋轉變壓器3的和第二餘弦相粗機轉子繞組R10R12、精機旋轉變壓器4的餘弦相精機轉子繞組R18R20相連接，粗機旋轉變壓器3的第一、第二正弦相粗機轉子繞組R5R7、R9R11和精機旋轉變壓器4的第一、第二正弦相精機定子繞組S13S15、S17S19作為補償繞組分別自行短接接。當任一環形變壓器的定子繞組通入交流電時，在其轉子繞組中產生感應電勢，大小與轉子轉角α無關。此感應電勢施加到旋轉變壓器粗、精機的轉子繞組上，作為旋轉變壓器粗、精機的激磁電壓，粗、精機轉子繞組同時工作，在氣隙中產生單對極和p(精機極對數)對極的磁場，粗機定子繞組S5S7、S9S11感應出與轉子轉角α成一倍的正弦電壓，粗機定子繞組S6S8、S10S12感應出與轉子轉角α成一倍的餘弦電壓；精機定子繞組S13S15、S17S19感應出與轉子轉角α成p倍的正餘弦電壓，粗機定子繞組S14S16、S18S20感應出與轉子轉角α成p倍的餘弦電壓，其電氣原理圖如圖2所示，電壓方程式見式(1)～(8)。
US5S7＝KpUR1R3(或UR2R4)sin(pα)…………………………………(1)US6S8＝KpUR1R3(或UR2R4)cos(pα)…………………………………(2)US13S15＝KpUR1R3(或UR2R4)sin(α+αop)……………………………(3)US14S16＝KpUR1R3(或UR2R4)cos(α+αop)…………………………(4)US9S11＝KpUR1R3(或UR2R4)sin(pα)…………………………………(5)US10S12＝KpUR1R3(或UR2R4)cos(pα)…………………………………(6)
US17S19＝K1UR1R3(或UR2R4)sin(α+αop)……………………………(7)US18S20＝K1UR1R3(或UR2R4)cos(α+αop)……………………………(8)式中Kp-精機的變比。
K1-粗機的變比。
αop-粗、精機零位偏差。
p-精機極對數。
參見圖3，本發明的環形變壓器1、2的定子與轉子之間還設置有定子襯套5和轉子襯套6。
本發明的磁路結構見圖2，無刷部分由兩套磁路各自獨立的環形變壓器組成，形成分磁路的雙餘度結構；旋轉變壓器由粗、精機兩部分鐵心組成，即分磁路結構型式；而粗、精機鐵心中各布置兩套繞組實現雙餘度功能，即雙餘度旋轉變壓器採取共磁路結構型式。旋轉變壓器繞組。旋轉變壓器精機原方布置兩套正交繞組，和粗機繞組作用相同，一套作為勵磁繞組，一套繞組短路作為補償繞組，對提高精度有好處。
權利要求
1.一種雙餘度雙通道無接觸旋轉變壓器，包括一對極旋轉變壓器和一多對極旋轉變壓器，其特徵在於所說的環形變壓器包括第一環形變壓器(1)和第二環形變壓器(2)，所說的多極旋轉變壓器包括粗機旋轉變壓器(3)和精機旋轉變壓器(4)，第一環形變壓器(1)定子鐵心槽中嵌放有第一環形定子繞組(S1S3)，轉子鐵心槽中嵌放有第一環形轉子繞組(R1R3)，第二環形變壓器(2)定子鐵心槽中嵌放有第二環形定子繞組(S2S4)，轉子鐵心槽中嵌放有第二環形轉子繞組(R2R4)；所說的粗機旋轉變壓器(3)的轉子鐵心槽中嵌放兩套空間位置相同的第一、第二正弦相粗機轉子繞組(R5R7、R9R11)和第一、第二餘弦相粗機轉子繞組(R6R8、R10R12)，定子鐵心槽中嵌放兩套空間位置相同的第一、第二正弦相粗機定子繞組(S5S7、S9S11)和第一、第二餘弦相粗機定子繞組(S6S8、S10S12)；精機旋轉變壓器(4)的轉子鐵心槽中嵌放兩套空間位置相同的第一、第二正弦相精機轉子繞組(R13R15、R17R19)和第一、第二餘弦相精機轉子繞組(R14R16、R18R20)，精機旋轉變壓器(4)的定子鐵心槽中嵌放兩套空間位置相同的第一、第二正弦相精機定子繞組(S13S15、S17S19)和第一、第二餘弦相精機定子繞組(S14S16、S18S20)，第一環形變壓器(1)的第一環形轉子繞組(R1R3)與粗機旋轉變壓器(3)的第一餘弦相粗機轉子繞組(R6R8)、精機旋轉變壓器(4)的第一餘弦相精機轉子繞組(R14R16)相連接，第二環形變壓器(2)的第二環形轉子繞組(R2R4)與粗機旋轉變壓器(3)的和第二餘弦相粗機轉子繞組(R10R12)、精機旋轉變壓器(4)的餘弦相精機轉子繞組(R18R20)相連接，粗機旋轉變壓器(3)的第一、第二正弦相粗機轉子繞組(R5R7、R9R11)和精機旋轉變壓器(4)的第一、第二正弦相精機定子繞組(S13S15、S17S19)作為補償繞組分別自行短接。
2.根據權利要求1所述的雙餘度雙通道無接觸旋轉變壓器，其特徵在於所說的第一環形變壓器(1)和第二環形變壓器(2)的結構及繞組參數完全相同，形成分磁路的雙餘度結構。
3.根據權利要求1所述的雙餘度雙通道無接觸旋轉變壓器，其特徵在於所說的環形變壓器(1、2)的定子與轉子之間還設置有定子襯套(5)和轉子襯套(6)。
全文摘要
一種雙餘度雙通道無接觸旋轉變壓器，包括兩個的環形變壓器和旋轉變壓器，兩個環形變壓器參數完全相同，兩個的旋轉變壓器分別為單對極的粗機旋轉變壓器和多對極的精機旋轉變壓器，粗機旋轉變壓器和精機旋轉變壓器中各布置參數相同的兩套繞組方案。本發明將單對極旋轉變壓器和多對極旋轉變壓器組合成一起，實現高精度；採用環形變壓器替代電刷和滑環，實現無接觸，採用雙餘度的結構型式、磁路型式、線路型式，實現多餘度，更大程度提高電機可靠性和壽命，大大減少系統的故障率提高其可靠性，提高系統的測角精度，延長系統的工作壽命。
文檔編號H01F38/00GK101064214SQ20071001755
公開日2007年10月31日 申請日期2007年3月23日 優先權日2007年3月23日
發明者樊君莉 申請人:西安微電機研究所