本實(shí)用新型屬于檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種變壓器系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)體,尤其是旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)體。
背景技術(shù):
數(shù)控機(jī)床,工業(yè)自動(dòng)化、工業(yè)機(jī)器人等行業(yè)需要快速高精度位置控制,目前主要由伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn),而其定位能力很大程度上取決于安裝在伺服電機(jī)上的絕對(duì)位置角度檢測(cè)裝置。
光電式絕對(duì)位置角度檢測(cè)裝置因可以容易地實(shí)現(xiàn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)而得到了廣泛應(yīng)用,但這種光電式絕對(duì)位置角度檢測(cè)裝置含有光電元器件和半導(dǎo)體器件,因而在振動(dòng)沖擊大以及高溫環(huán)境中很容易失效。
旋轉(zhuǎn)變壓器是一種可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)的傳感器,由于其不使用光電轉(zhuǎn)換器件,因而可以在較高溫度的環(huán)境中使用。但是現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)變壓器中,定子的齒上通常繞有至少三組繞阻,使得其制造工藝很復(fù)雜,且由于繞組的位置不同使得旋轉(zhuǎn)變壓器的一致性受到不利影響;同時(shí),在使用過(guò)程中,很容易因振動(dòng)沖擊等原因出現(xiàn)繞組短路或斷路等問(wèn)題而使旋轉(zhuǎn)變壓器失效,可靠性較差。此外,現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)變壓器在檢測(cè)精度上依然尚待提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型的目的在于提供一種絕對(duì)位置檢測(cè)精度能夠得以大大提高的旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)和具有這種旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)體。
為了達(dá)到上述目的,本實(shí)用新型的解決方案是:
一種旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng),包括至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器;每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)變壓器均包括定子和轉(zhuǎn)子,定子包括定子檢測(cè)齒,轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子凸極;每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)變壓器均包括繞在所述定子檢測(cè)齒上的多個(gè)線圈,各所述線圈的電感隨著對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的改變而改變,以根據(jù)所述線圈的電感的變化檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度;所述至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器至少包括第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器;第一旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子包括且僅包括1個(gè)轉(zhuǎn)子凸極;第二旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子包括2個(gè)或2個(gè)以上的轉(zhuǎn)子凸極;至少第一旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子和第二旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子設(shè)置為同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器中均滿足:包括至少四組定子線圈,每組定子線圈均包括至少一個(gè)所述線圈;所有所述線圈連接構(gòu)成橋式電路,每組定子線圈構(gòu)成所述橋式電路的一個(gè)橋臂;所述橋式電路中,每?jī)蓚€(gè)相交的橋臂在相交處構(gòu)成一個(gè)接點(diǎn),從每個(gè)接點(diǎn)處引出一根引出線,作為所述橋式電路的勵(lì)磁線或者信號(hào)線;所述橋式電路既具有勵(lì)磁線,也具有信號(hào)線;優(yōu)選地,每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)變壓器中:各組所述定子線圈內(nèi)線圈的數(shù)量和分布相同;各組所述定子線圈的合成電感的相位依次相差90度;優(yōu)選地,每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)變壓器中:各所述線圈的電感的直流分量相等,各所述線圈的基波幅值相等;優(yōu)選地,每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)變壓器均包括四組定子線圈,構(gòu)成四橋臂的橋式電路,具有四個(gè)接點(diǎn),從四個(gè)所述接點(diǎn)處引出四根引出線,其中兩根所述引出線為勵(lì)磁線,另外兩根引出線為信號(hào)線;進(jìn)一步優(yōu)選地,每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁線均連接到所述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的兩根公共的勵(lì)磁線,每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)變壓器具有獨(dú)立的兩根信號(hào)線;或者,各所述旋轉(zhuǎn)變壓器具有獨(dú)立的兩根勵(lì)磁線和獨(dú)立的兩根信號(hào)線。
第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為4*(M+1),M為正整數(shù);優(yōu)選地,第一旋轉(zhuǎn)變壓器共包括四組定子線圈;每組定子線圈包括至少一個(gè)線圈;每個(gè)所述線圈繞在一個(gè)所述定子檢測(cè)齒上,各組所述定子線圈中線圈的數(shù)量和分布相同;每個(gè)線圈的電感的直流分量相等,每個(gè)線圈的電感的基波幅值相等;四組定子線圈中,各組定子線圈的合成電感的相位依次相差第一角度;四組定子線圈組成橋式電路;所述橋式電路的四個(gè)接點(diǎn)引出四根引出線;所述四根引出線中,兩根引出線為勵(lì)磁線,并與所述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的勵(lì)磁線連接,另外兩根引出線為信號(hào)引出線;第一角度為設(shè)定值;進(jìn)一步優(yōu)選地,第一角度為90度。
第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為4*(K+1)*S,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為(K+1)*(2N-1)*S;其中,K、S和N均為正整數(shù);優(yōu)選地,第二旋轉(zhuǎn)變壓器共包括四組定子線圈;每組定子線圈包括至少一個(gè)線圈;每個(gè)所述線圈繞在一個(gè)所述定子檢測(cè)齒上,各組所述定子線圈中線圈的數(shù)量和分布相同;每個(gè)線圈的電感的直流分量相等,每個(gè)線圈的電感的基波幅值相等;四組定子線圈中,各組定子線圈的合成電感的相位依次相差第二角度;四組定子線圈組成橋式電路;所述橋式電路的四個(gè)接點(diǎn)引出四根引出線;所述四根引出線中,兩根引出線為勵(lì)磁線,并與所述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的勵(lì)磁線連接,另外兩根引出線為信號(hào)引出線;第二角度為設(shè)定值;進(jìn)一步優(yōu)選地,第二角度為90度。
所述定子還包括定子解耦齒;每個(gè)繞有線圈的定子檢測(cè)齒的兩側(cè)均設(shè)置至少一個(gè)所述定子解耦齒,以減少或消除不同的繞有線圈的定子檢測(cè)齒之間的磁耦合干擾;優(yōu)選地,所述定子解耦齒的材料與所述定子檢測(cè)齒和定子本體的材料相同;進(jìn)一步優(yōu)選地,所述材料為導(dǎo)磁材料。
或者,第一旋轉(zhuǎn)變壓器中,定子檢測(cè)齒數(shù)為4,定子解耦齒數(shù)為4。
或者,第二旋轉(zhuǎn)變壓器中,定子檢測(cè)齒數(shù)為4*P,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為Q;其中,P和Q為正整數(shù),并且Q/P不等于偶數(shù),并且當(dāng)P等于3*R且R為正整數(shù)時(shí),Q不等于2*R的正整數(shù)倍。
第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為8,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為2*(2N-1);或者,第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為12,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為3*(2N-1);或者,第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為16,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為4*(2N-1);或者,第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為20,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為5*(2N-1);或者,第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為24,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為6*(2N-1);或者,第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為28,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為7*(2N-1);或者,第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為32,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為8*(2N-1)。
在所述旋轉(zhuǎn)變壓器中,設(shè)置所述轉(zhuǎn)子凸極的形狀,以使得每個(gè)所述線圈的電感的變化部分隨著所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化成正弦波式變化;或者,在所述旋轉(zhuǎn)變壓器中,設(shè)置所述轉(zhuǎn)子凸極的形狀,以使得每個(gè)所述線圈的電感的變化部分隨著所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化成三角波式變化。
所述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)具有定子機(jī)殼、端蓋、軸承和轉(zhuǎn)軸;每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)變壓器的定子均包括定子鐵心,且所述定子鐵心安裝在所述定子機(jī)殼上;每個(gè)所述旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子均包括轉(zhuǎn)子鐵心,且所述轉(zhuǎn)子鐵心安裝在所述轉(zhuǎn)軸上,與所述轉(zhuǎn)軸一同旋轉(zhuǎn)。
在各所述旋轉(zhuǎn)變壓器中,所述轉(zhuǎn)子布置在所述定子的內(nèi)部;或者,在各所述旋轉(zhuǎn)變壓器中,所述轉(zhuǎn)子布置在所述定子的外部。
一種具有上述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)體,所述旋轉(zhuǎn)體包括旋轉(zhuǎn)體本體和所述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng);所述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角度與所述旋轉(zhuǎn)體本體的旋轉(zhuǎn)角度成規(guī)則的關(guān)系,以由所述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)檢測(cè)所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。
所述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的各轉(zhuǎn)子鐵心安裝在所述旋轉(zhuǎn)體本體的轉(zhuǎn)軸上,與所述旋轉(zhuǎn)體本體同步轉(zhuǎn)動(dòng)且形成一體式結(jié)構(gòu),以檢測(cè)所述旋轉(zhuǎn)體本體的旋轉(zhuǎn)角度;所述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的各定子安裝在與所述旋轉(zhuǎn)體本體共用的機(jī)殼上。
或者,所述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)固定在所述旋轉(zhuǎn)體本體的端部;所述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸與所述旋轉(zhuǎn)體本體的轉(zhuǎn)軸連接以使得所述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)和所述旋轉(zhuǎn)體本體同軸轉(zhuǎn)動(dòng);優(yōu)選地,所述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸與所述旋轉(zhuǎn)體本體的轉(zhuǎn)軸通過(guò)聯(lián)軸節(jié)連接。
所述旋轉(zhuǎn)體本體為電動(dòng)機(jī)。
由于采用上述方案,本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)和具有這種旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)體采用至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器,尤其是磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器,一個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器檢測(cè)得到的角度在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的0-360度區(qū)間為單值,另一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的0-360度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行2個(gè)或2個(gè)以上周期地檢測(cè),與前一個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)果結(jié)合可以用來(lái)細(xì)分測(cè)試區(qū)間,從而大大提高了檢測(cè)精度。同時(shí),本實(shí)用新型能夠在每個(gè)定子檢測(cè)齒上最多繞一個(gè)線圈,大大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝,有效防止了由于繞組的位置不同使得旋轉(zhuǎn)變壓器的一致性受到不利影響,并克服了現(xiàn)有技術(shù)中同一定子齒上不同繞組間的短路風(fēng)險(xiǎn)。此外,本實(shí)用新型還可設(shè)置定子解耦齒,有效減小或消除了繞有線圈的不同的定子檢測(cè)齒之間的磁耦合干擾,從而進(jìn)一步提高了本實(shí)用新型的可靠性。
附圖說(shuō)明
圖1a為本實(shí)用新型第一實(shí)施例中第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖;
圖1b為本實(shí)用新型第一實(shí)施例中第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖;
圖2為本實(shí)用新型第一實(shí)施例中兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器的橋式電路連接后的電路連接示意圖;
圖3為本實(shí)用新型第一實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4a為本實(shí)用新型第二實(shí)施例中第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖;
圖4b為本實(shí)用新型第二實(shí)施例中第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖;
圖5a為本實(shí)用新型第三實(shí)施例中第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖;
圖5b為本實(shí)用新型第三實(shí)施例中第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖;
圖6為本實(shí)用新型第四實(shí)施例中具有旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖7為本實(shí)用新型第五實(shí)施例中具有旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中:1101A、1104A、1107A、1110A:定子檢測(cè)齒;1101B-1112B:定子檢測(cè)齒;201:第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定子;202:第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子;301:第一旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子;302:第二旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子;4:轉(zhuǎn)軸;5:軸承;6:定子機(jī)殼;701~702:端蓋;801A~804A:第一旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線;801B~804B:第二旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線;2101A-2104A:定子檢測(cè)齒;2101B-2108B:定子檢測(cè)齒;3101A-3132A:定子檢測(cè)齒;3101B-3124B:定子檢測(cè)齒;401:旋轉(zhuǎn)變壓器與電動(dòng)機(jī)共用的機(jī)殼;4021:第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定子;4022:第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子;403:電動(dòng)機(jī)的定子;4041:第一旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子鐵心;4022:第二旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子鐵心;405、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心;406、轉(zhuǎn)軸;4071~4072、端蓋;408、軸承;4091~4096、旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的引出線;4010、電動(dòng)機(jī)的引線;40111、第一旋轉(zhuǎn)變壓器的線圈;40112、第二旋轉(zhuǎn)變壓器的線圈;4012、電動(dòng)機(jī)線圈;5011、第一旋轉(zhuǎn)變壓器;5012:第二旋轉(zhuǎn)變壓器;502:電動(dòng)機(jī);503:電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸;5041:第一旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線組;5042:第二旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線組;505:電動(dòng)機(jī)引線;506:螺釘。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
本實(shí)用新型提出了一種旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng),該旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)尤其是磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng),其中的旋轉(zhuǎn)變壓器尤其是磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器。該旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)包括至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器。每個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器均包括定子和轉(zhuǎn)子,定子包括定子檢測(cè)齒,轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子凸極。每個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器均包括多個(gè)繞在定子檢測(cè)齒上的線圈,各線圈的電感隨著對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的改變而改變,以根據(jù)線圈的電感的變化檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器至少包括第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器。第一旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子包括且僅包括1個(gè)轉(zhuǎn)子凸極;第二旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子包括2個(gè)或2個(gè)以上的轉(zhuǎn)子凸極。該旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)中,至少第一旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子和第二旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子設(shè)置為同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器中均滿足:包括至少四組定子線圈,每組定子線圈均包括至少一個(gè)所述線圈;所有所述線圈連接構(gòu)成橋式電路,每組定子線圈構(gòu)成所述橋式電路的一個(gè)橋臂,每個(gè)橋臂由一個(gè)線圈構(gòu)成或由多個(gè)線圈串聯(lián)構(gòu)成。橋式電路中,每?jī)蓚€(gè)相交的橋臂在相交處構(gòu)成一個(gè)接點(diǎn),從每個(gè)接點(diǎn)處引出一根引出線,作為橋式電路的勵(lì)磁線以為該橋式電路提供勵(lì)磁電壓,或者作為信號(hào)線以輸出該旋轉(zhuǎn)變壓器檢測(cè)到的表征轉(zhuǎn)子絕對(duì)位置的信號(hào)。但是,每個(gè)橋式電路既具有勵(lì)磁線,也具有信號(hào)線。有利的是,每個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器中:各組定子線圈內(nèi)線圈的數(shù)量和分布相同;各組定子線圈的合成電感的相位依次相差90度。
有利的是,每個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器中:各線圈的電感的直流分量相等,各線圈的基波幅值相等。
優(yōu)選地,每個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器均包括四組定子線圈,構(gòu)成四橋臂的橋式電路,具有四個(gè)接點(diǎn),從四個(gè)接點(diǎn)處引出四根引出線,其中兩根引出線為勵(lì)磁線,另外兩根引出線為信號(hào)線。每個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁線均連接到旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的兩根公共的勵(lì)磁線,每個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器具有獨(dú)立的兩根引出線;或者,各旋轉(zhuǎn)變壓器具有獨(dú)立的兩根勵(lì)磁線和獨(dú)立的兩根信號(hào)線。
優(yōu)選地,定子還包括定子解耦齒,在每個(gè)繞有線圈的定子檢測(cè)齒的兩側(cè)均設(shè)置有至少一個(gè)定子解耦齒,以減小或消除繞有線圈的不同的(尤其是相鄰的)定子檢測(cè)齒之間的磁耦合干擾;定子解耦齒的材料與定子檢測(cè)齒和定子本體的材料相同,該材料為導(dǎo)磁材料。本實(shí)用新型中,可以設(shè)置第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為4*(M+1),M為正整數(shù);此時(shí),第一旋轉(zhuǎn)變壓器中既可設(shè)置定子解耦齒,也可以不設(shè)置定子解耦齒。
本實(shí)用新型中,可以設(shè)置第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為4*(K+1)*S,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為(K+1)*(2N-1)*S;其中,K、S和N均為正整數(shù)。此時(shí),第二旋轉(zhuǎn)變壓器中既可以設(shè)置定子解耦齒,也可以不設(shè)置定子解耦齒。
因此,本實(shí)用新型中,可選擇設(shè)置第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為8,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為2*(2N-1);可選擇設(shè)置第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為12,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為3*(2N-1);可選擇設(shè)置第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為16,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為4*(2N-1);可選擇設(shè)置第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為20,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為5*(2N-1);可選擇設(shè)置第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為24,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為6*(2N-1)??蛇x擇設(shè)置第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為28,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為7*(2N-1)??蛇x擇設(shè)置第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為32,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為8*(2N-1)。
此外,在本實(shí)用新型中,也可以設(shè)置第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為4*P,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為Q;其中,P和Q為正整數(shù),并且Q/P不等于偶數(shù),并且當(dāng)P等于3*R且R為正整數(shù)時(shí),Q不等于2*R的正整數(shù)倍。此時(shí),定子中必然還包括前述定子解耦齒。
本實(shí)用新型中,還可以設(shè)置第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為4,定子解耦齒數(shù)為4。定子解耦齒為前述定子解耦齒。
優(yōu)選地,第一旋轉(zhuǎn)變壓器共包括四組定子線圈;每組定子線圈包括至少一個(gè)線圈;每個(gè)線圈繞在一個(gè)定子檢測(cè)齒上,各組定子線圈中線圈的數(shù)量和分布相同;每個(gè)線圈的電感的直流分量相等,每個(gè)線圈的電感的基波幅值相等;四組定子線圈中,各組定子線圈的合成電感的相位依次相差第一角度。四組定子線圈組成橋式電路。該橋式電路的四個(gè)接點(diǎn)引出四根引出線。這四根引出線中,兩根引出線為勵(lì)磁線,并與旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的勵(lì)磁線連接,另外兩根引出線為信號(hào)引出線;第一角度為設(shè)定值。進(jìn)一步優(yōu)選地,第一角度為90度。
優(yōu)選地,第二旋轉(zhuǎn)變壓器共包括四組定子線圈;每組定子線圈包括至少一個(gè)線圈;每個(gè)線圈繞在一個(gè)定子檢測(cè)齒上,各組所述定子線圈中線圈的數(shù)量和分布相同;每個(gè)線圈的電感的直流分量相等,每個(gè)線圈的電感的基波幅值相等;四組定子線圈中,各組定子線圈的合成電感的相位依次相差第二角度。四組定子線圈組成橋式電路。該橋式電路的四個(gè)接點(diǎn)引出四根引出線;這四根引出線中,兩根引出線為勵(lì)磁線,并與旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的勵(lì)磁線連接,另外兩根引出線為信號(hào)引出線;第二角度為設(shè)定值。進(jìn)一步優(yōu)選地,第二角度為90度。
本實(shí)用新型中,第一旋轉(zhuǎn)變壓器的兩根勵(lì)磁線和第二旋轉(zhuǎn)變壓器的兩根勵(lì)磁線均可以與旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的公共勵(lì)磁線連接,相當(dāng)于第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器共用兩根勵(lì)磁線,但是第一旋轉(zhuǎn)變壓器的兩根信號(hào)線相對(duì)于第二旋轉(zhuǎn)變壓器的兩根信號(hào)線為獨(dú)立的。此時(shí),在檢測(cè)過(guò)程中,當(dāng)為第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓施加勵(lì)磁時(shí),均通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的兩根公共勵(lì)磁線進(jìn)行,從而給兩者施加相同的勵(lì)磁信號(hào)。此時(shí),在第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器組合中,共有六根引出線。兩根引出線為第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器共用的勵(lì)磁線,兩根引出線為第一旋轉(zhuǎn)變壓器的獨(dú)立的信號(hào)線,兩根引出線為第二旋轉(zhuǎn)變壓器的獨(dú)立的信號(hào)線。
當(dāng)然,第一旋轉(zhuǎn)變壓器的兩根勵(lì)磁線和第二旋轉(zhuǎn)變壓器的兩根勵(lì)磁線也可以相對(duì)于對(duì)方為獨(dú)立的,此時(shí)第一旋轉(zhuǎn)變壓器的兩根信號(hào)線相對(duì)于第二旋轉(zhuǎn)變壓器的兩根信號(hào)線也依然是獨(dú)立的。此時(shí),在檢測(cè)過(guò)程中,當(dāng)為第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器施加勵(lì)磁時(shí),必須通過(guò)兩者各自的兩根勵(lì)磁線進(jìn)行,為兩者所施加的勵(lì)磁信號(hào)可以是相同的,也可以是不同的。此時(shí),在第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器組合中,共有八根引出線。兩根引出線為第一旋轉(zhuǎn)變壓器的獨(dú)立的勵(lì)磁線,兩根引出線為第二旋轉(zhuǎn)變壓器的獨(dú)立的勵(lì)磁線,兩根引出線為第一旋轉(zhuǎn)變壓器的獨(dú)立的信號(hào)線,兩根引出線為第二旋轉(zhuǎn)變壓器的獨(dú)立的信號(hào)線。
本實(shí)用新型中,定子包括定子鐵心、線圈、引出線和絕緣體(尤其為絕緣骨架)等。定子鐵心由導(dǎo)磁材料制成,定子鐵心沿內(nèi)圓周開槽形成定子檢測(cè)齒,線圈繞在定子檢測(cè)齒上,線圈與定子鐵心間設(shè)置有絕緣體,該絕緣體為絕緣骨架或起到絕緣作用的材料。轉(zhuǎn)子包括與轉(zhuǎn)子同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子鐵心。轉(zhuǎn)子鐵心由導(dǎo)磁材料制成,轉(zhuǎn)子鐵心外圓周呈凸極狀,因而轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子凸極。
第一實(shí)施例:
第一實(shí)施例中,第一旋轉(zhuǎn)變壓器中定子檢測(cè)齒數(shù)按照前述4*(M+1)取值,此時(shí)M取值為2,因而第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為12,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為1。第二旋轉(zhuǎn)變壓器中定子檢測(cè)齒數(shù)和轉(zhuǎn)子凸極數(shù)分別按照4*(K+1)*S和(K+1)*(2N-1)*S取值,其中K取值為2,S取值為1,N取值為2,因而第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為12,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為9。
圖1a為本實(shí)施例中第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖;圖1b為本實(shí)施例中第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖。第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器中,定子均包括定子鐵心,轉(zhuǎn)子均包括轉(zhuǎn)子鐵心,定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心均采用硅鋼片沖壓形成。第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器的12個(gè)定子檢測(cè)齒沿所在的定子鐵心內(nèi)表面均勻分布;第二旋轉(zhuǎn)變壓器的9個(gè)轉(zhuǎn)子凸極沿第二旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子鐵心的外圓周均勻分布。
對(duì)于第一旋轉(zhuǎn)變壓器,每隔兩個(gè)定子檢測(cè)齒繞有1個(gè)線圈,12個(gè)定子檢測(cè)齒上共有4個(gè)線圈,每個(gè)線圈繞在一個(gè)定子檢測(cè)齒的絕緣骨架上(圖1a中未示出),4個(gè)繞有線圈的定子檢測(cè)齒沿圓周順時(shí)針分布依次為1101A、1104A、1107A、1110A。各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。本實(shí)施例中,通過(guò)電磁仿真選擇轉(zhuǎn)子凸極的形狀,使得線圈的電感的變化部分隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度呈正弦變化。
本實(shí)施例的第一旋轉(zhuǎn)變壓器中,定子線圈共分為4組。每組定子線圈包括1個(gè)線圈,每個(gè)線圈的電感的直流分量相等,每個(gè)線圈的電感的基波幅值相等。各組定子線圈的合成電感的相位依次相差90度。四組定子線圈組成橋式電路,圖2所示為第一旋轉(zhuǎn)變壓器中橋式電路和第二旋轉(zhuǎn)變壓器中橋式電路連接后的電路圖,其中靠近左側(cè)的部分為第一旋轉(zhuǎn)變壓器中的橋式電路。圖2中,橋式電路的橋臂XAC1由定子檢測(cè)齒1101A上的線圈構(gòu)成,橋臂XAD1由定子檢測(cè)齒1104A上的線圈構(gòu)成,橋臂XBC1由定子檢測(cè)齒1107A上的線圈構(gòu)成,橋臂XBD1由定子檢測(cè)齒1110A上的線圈構(gòu)成。橋式電路的4個(gè)接點(diǎn)A1、B1、C1、D1分別用4根引線引出作為第一旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線801A、802A、803A和804A,其中引出線801A和802A為第一旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁線,其連接到旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的勵(lì)磁線上,引出線803A和804A作為旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的第一旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)線引出。
對(duì)于第二旋轉(zhuǎn)變壓器,每個(gè)定子檢測(cè)齒上繞有1個(gè)線圈,每個(gè)定子檢測(cè)齒上有絕緣繞線骨架(圖1b中未示出)。12個(gè)定子檢測(cè)齒上共有12個(gè)線圈沿圓周分布,12個(gè)定子檢測(cè)齒沿圓周順時(shí)針分布依次為1101B、1102B、1103B、1104B、1105B、1106B、1107B、1108B、1109B、1110B、1111B、1112B。為了附圖的簡(jiǎn)潔起見,且由于定子檢測(cè)齒的分布和附圖標(biāo)記是有規(guī)律的,因此在圖1b中不一一標(biāo)記各定子檢測(cè)齒的附圖標(biāo)記,僅給出幾個(gè)示例。各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。本實(shí)施例中,通過(guò)電磁仿真選擇轉(zhuǎn)子凸極的形狀,使得線圈的電感的變化部分隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度呈正弦變化。
本實(shí)施例的第二旋轉(zhuǎn)變壓器中,定子線圈共分為4組。每組定子線圈包括3個(gè)線圈,每個(gè)線圈的電感的直流分量相等,每個(gè)線圈的電感的基波幅值相等。各組定子線圈的合成電感的相位依次相差90度。四組定子線圈組成橋式電路,圖2中靠近右側(cè)的為該橋式電路的電路圖。圖2中,該橋式電路的橋臂XAC2由定子檢測(cè)齒1101B、1105B和1109B上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XAD2由定子檢測(cè)齒1102B、1106B和1110B上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XBC2由定子檢測(cè)齒1103B、1107B和1111B上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XBD2由定子檢測(cè)齒1104B、1108B和1112B上的線圈串聯(lián)構(gòu)成。同一橋臂中各線圈的電感的基波相位相等,橋式電路的4個(gè)接點(diǎn)A2、B2、C2、D2分別用4根引線引出作為第二旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線801B、802B、803B和804B,其中引出線801B和802B為第二旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁線,其連接到旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的勵(lì)磁線上,引出線803B和804B作為旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的第二旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)線引出。
圖3所示為包括第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器的該旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)包括第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定子201、第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子202、第一旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子301、第二旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子302、轉(zhuǎn)軸4、軸承5、定子機(jī)殼6、兩側(cè)的端蓋701和702、軸承室、六根引出線。轉(zhuǎn)子鐵心固定在轉(zhuǎn)軸4上,能夠與轉(zhuǎn)軸4一同旋轉(zhuǎn)。軸承5安裝在轉(zhuǎn)軸4上,軸承5支撐轉(zhuǎn)子301和302平滑順暢地轉(zhuǎn)動(dòng)。定子鐵心安裝固定在定子機(jī)殼6內(nèi)。軸承室設(shè)置在旋轉(zhuǎn)變壓器的兩側(cè)端蓋701和702上,軸承5的外圈安裝在兩個(gè)端蓋701和702的軸承室內(nèi),保證轉(zhuǎn)軸4的中心線與定子201和202的內(nèi)圓中心線一致。在六根引出線中,兩根引出線為勵(lì)磁線,兩根引出線為第一旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)線,兩根引出線為第二旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)線。
本實(shí)施例中,正弦波位置信號(hào)產(chǎn)生的原理如下:
對(duì)于第一旋轉(zhuǎn)變壓器,令定子檢測(cè)齒1101A、1104A、1107A、1110A上的線圈的電感分別為L(zhǎng)101A、L104A、L107A和L110A。由圖1a可以看出,隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化,各定子檢測(cè)齒與轉(zhuǎn)子凸極之間的間隙發(fā)生變化,使得各線圈的電感隨之變化,其變化周期為1。各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm1的變化可以分別表示為
L101A=L1A+Lm1A*sin(θm1) 式(101)
L104A=L1A+Lm1A*sin(θm1-90) 式(102)
L107A=L1A+Lm1A*sin(θm1-180) 式(103)
L110A=L1A+Lm1A*sin(θm1-270) 式(104)
其中,L1A為第一旋轉(zhuǎn)變壓器中各電感的直流分量;
Lm1A為第一旋轉(zhuǎn)變壓器中各電感的基波幅值;
θm1為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。
參照?qǐng)D2的橋式電路的電路圖,由定子檢測(cè)齒1101A上的線圈構(gòu)成的橋臂XAC1的電感L_AC1為:
L_AC1=L101A=L1A+Lm1A*sin(θm1) 式(105)
由定子檢測(cè)齒1104A上的線圈構(gòu)成的橋臂XAD1的電感L_AD1為:
L_AD1=L104A=L1A+Lm1A*sin(θm1-90) 式(106)
由定子檢測(cè)齒1107A上的線圈構(gòu)成的橋臂XBC1的電感L_BC1為:
L_BC1=L107A=L1A+Lm1A*sin(θm1-180) 式(107)
由定子檢測(cè)齒1110A上的線圈構(gòu)成的橋臂XBD1的電感L_BD1為:
L_BD1=L110A=L1A+Lm1A*sin(θm1-270) 式(108)
由式(101)-(108)可知,橋式電路的四個(gè)橋臂的電感的基波分量是依次相差90度的正弦波,通過(guò)電路的簡(jiǎn)單計(jì)算很容易求出橋式電路接點(diǎn)C1和接點(diǎn)D1的輸出電壓是相位差90度的旋轉(zhuǎn)角θm1的正弦信號(hào),即能夠得到關(guān)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度分別成正弦變化和余弦變化的電壓信號(hào),此即為現(xiàn)有技術(shù)中求取轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度所需的基礎(chǔ)信號(hào),因此將這些基礎(chǔ)信號(hào)傳送給后續(xù)連接的信號(hào)處理電路或者經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算即可得到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm1。由此可見第一旋轉(zhuǎn)變壓器中,轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)1周線圈的電感變化1個(gè)周期,可知上述求得的角度θm1在0-360度區(qū)間是單值的,由此可以用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度。
對(duì)于第二旋轉(zhuǎn)變壓器,令定子檢測(cè)齒1101B、1102B、1103B、1104B、1105B、1106B、1107B、1108B、1109B、1110B、1111B、1112B上的線圈的電感分別為L(zhǎng)101B、L102B、L103B、L104B、L105B、L106B、L107B、L108B、L109B、L110B、L111B和L112B。由圖1b可以看出,隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化,各定子檢測(cè)齒與轉(zhuǎn)子凸極之間的間隙發(fā)生變化,使得各線圈的電感隨之變化。各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm1的變化可以分別表示為。
L101B=L105B=L109B=L1B+Lm1B*sin(9θm1) 式(109)
L102B=L106B=L110B=L1B+Lm1B*sin(9θm1+90) 式(110)
L103B=L107B=L111B=L1B+Lm1B*sin(9θm1+180) 式(111)
L104B=L108B=L112B=L1B+Lm1B*sin(9θm1+270) 式(112)
其中,L1B為第二旋轉(zhuǎn)變壓器的各電感的直流分量;
Lm1B為第二旋轉(zhuǎn)變壓器的各電感的基波幅值。
參照?qǐng)D2所示的橋式電路圖,由定子檢測(cè)齒1101B、1105B和1109B上的線圈構(gòu)成的橋臂XAC2的電感L_AC2為:
L_AC2=L101B+L105B+L109B=3L1B+3Lm1B*sin(9θm1) 式(113)
由定子檢測(cè)齒1102B、1106B和1110B上的線圈構(gòu)成的橋臂XAD2的電感L_AD2為:
L_AD2=L102B+L106B+L110B=3L1B+3Lm1B*sin(9θm1+90) 式(114)
由定子檢測(cè)齒1103B、1107B和1111B上的線圈構(gòu)成的橋臂XBC2的電感L_BC2為:
L_BC2=L103B+L107B+L111B=3L1B+3Lm1B*sin(9θm1+180) 式(115)
由定子檢測(cè)齒1104B、1108B和1112B上的線圈構(gòu)成的橋臂XBD2的電感L_BD2為:
L_BD2=L104B+L108B+L112B=3L1B+3Lm1B*sin(9θm1+270) 式(116)
由式(109)-(116)可知,橋式電路的四個(gè)橋臂的電感的基波分量是依次相差90度的正弦波,通過(guò)電路的簡(jiǎn)單計(jì)算很容易求出橋式電路的接點(diǎn)C2和接點(diǎn)D2的輸出電壓是相位差90度的旋轉(zhuǎn)角θm1的正弦信號(hào),即能夠得到關(guān)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度分別成正弦變化和余弦變化的電壓信號(hào),此即為現(xiàn)有技術(shù)中求取轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度所需的基礎(chǔ)信號(hào),因此將這些基礎(chǔ)信號(hào)傳送給后續(xù)連接的信號(hào)處理電路或者經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算即可得到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm1。由此可見第二旋轉(zhuǎn)變壓器中,轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)1周,線圈的電感變化9個(gè)周期,即轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)40度位置信號(hào)變化1個(gè)周期,由此與第一旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)果結(jié)合可以用來(lái)細(xì)分測(cè)試區(qū)間,大大提高檢測(cè)精度。
第二實(shí)施例:
第二實(shí)施例中,在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器上均設(shè)置有定子解耦齒。第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為4,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為1。第二旋轉(zhuǎn)變壓器中定子檢測(cè)齒數(shù)和轉(zhuǎn)子凸極數(shù)分別按照4P和Q來(lái)取值,此時(shí)P取值為2,Q取值為10,因而第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為8,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為10。第一旋轉(zhuǎn)變壓器中,設(shè)置有4個(gè)定子解耦齒;第二旋轉(zhuǎn)變壓器中,設(shè)置有8個(gè)定子解耦齒。
圖4a為本實(shí)施例中第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖;圖4b為本實(shí)施例中第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖。第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器中,定子均包括定子鐵心,轉(zhuǎn)子均包括轉(zhuǎn)子鐵心,定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心均采用硅鋼片沖壓形成。第一旋轉(zhuǎn)變壓器的4個(gè)定子檢測(cè)齒沿所在的定子鐵心內(nèi)表面均勻分布,第二旋轉(zhuǎn)變壓器的8個(gè)定子檢測(cè)齒沿所在的定子鐵心內(nèi)表面均勻分布;在第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器的全部定子檢測(cè)齒之間的正中央的位置設(shè)置一個(gè)定子解耦齒。
對(duì)于第一旋轉(zhuǎn)變壓器,每個(gè)定子檢測(cè)齒上繞有1個(gè)線圈,4個(gè)定子檢測(cè)齒沿圓周順時(shí)針分布依次為2101A、2102A、2103A、2104A。各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。本實(shí)施例中,通過(guò)電磁仿真選擇轉(zhuǎn)子凸極的形狀,使得線圈的電感的變化部分隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度呈正弦變化。
本實(shí)施例的第一旋轉(zhuǎn)變壓器中,定子線圈共分為4組。每組定子線圈包括1個(gè)線圈,每個(gè)線圈的電感的直流分量相等,每個(gè)線圈的電感的基波幅值相等。各組定子線圈的合成電感的相位依次相差90度。四組定子線圈組成橋式電路,該橋式電路與本實(shí)施例中第二旋轉(zhuǎn)變壓器中的橋式電路圖連接后的電路圖可參照第一實(shí)施例中的圖2,本實(shí)施例中該第一旋轉(zhuǎn)變壓器中的橋式電路的電路圖可參照?qǐng)D2中靠近左側(cè)的部分,只是此時(shí)橋式電路的橋臂XAC1由定子檢測(cè)齒2101A上的線圈構(gòu)成,橋臂XAD1由定子檢測(cè)齒2102A上的線圈構(gòu)成,橋臂XBC1由定子檢測(cè)齒2103A上的線圈構(gòu)成,橋臂XBD1由定子檢測(cè)齒2104A上的線圈構(gòu)成。橋式電路的4個(gè)接點(diǎn)A1、B1、C1、D1分別用4根引線引出作為第一旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線801A、802A、803A和804A,其中引出線801A和802A為第一旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁線,其連接到旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的勵(lì)磁線上,引出線803A和804A作為旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的第一旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)線引出。
對(duì)于第二旋轉(zhuǎn)變壓器,每個(gè)定子檢測(cè)齒上繞有1個(gè)線圈,8個(gè)定子檢測(cè)齒沿圓周順時(shí)針分布依次為2101B、2102B、2103B、2104B、2105B、2106B、2107B、2108B。為了附圖的簡(jiǎn)潔起見,且由于定子檢測(cè)齒的分布和附圖標(biāo)記是有規(guī)律的,因此在圖4b中不一一標(biāo)記各定子檢測(cè)齒的附圖標(biāo)記,僅給出幾個(gè)示例。各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。本實(shí)施例中,通過(guò)電磁仿真選擇轉(zhuǎn)子凸極的形狀,使得線圈的電感的變化部分隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度呈正弦變化。
本實(shí)施例的第二旋轉(zhuǎn)變壓器中,定子線圈共分為4組。每組定子線圈包括2個(gè)線圈;每個(gè)線圈的電感的直流分量相等,每個(gè)線圈的電感的基波幅值相等。各組定子線圈的合成電感的相位依次相差90度。四組定子線圈組成橋式電路,該橋式電路的電路圖可參照?qǐng)D2中靠近右側(cè)的部分,只是此時(shí)橋式電路的橋臂XAC2由定子檢測(cè)齒2101B,2105B上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XAD2由定子檢測(cè)齒2102B,2106B上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XBC2由定子檢測(cè)齒2103B,2107B上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XBD2由定子檢測(cè)齒2104B,2108B上的線圈串聯(lián)構(gòu)成。同一橋臂中的各線圈的電感的基波相位相等,橋式電路的4個(gè)連接節(jié)點(diǎn)A2、B2、C2、D2分別用4根引線引出作為旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線801B、802B、803B和804B,其中引出線801B和802B為第二旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁線接到旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的勵(lì)磁線上,引出線803B和804B為旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的第二旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)線引出。
本實(shí)施例中包括第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器的該旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖可以借用第一實(shí)施例中的附圖圖3。
基于這樣的布置,根據(jù)第一實(shí)施例中的計(jì)算方法,容易得到第一旋轉(zhuǎn)變壓器中橋式電路的接點(diǎn)C1和接點(diǎn)D1的輸出電壓是相位相差90度的關(guān)于本實(shí)施例中轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm2的分別成正弦變化和成余弦變化的電壓信號(hào),此即為現(xiàn)有技術(shù)中求取轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度所需的基礎(chǔ)信號(hào),因此將這些基礎(chǔ)信號(hào)傳送給后續(xù)連接的信號(hào)處理電路或者經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算即可得到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm2。并且可以看到轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)1周電感變化1個(gè)周期,可知上述求得的角度θm2在0-360度區(qū)間是單值的,由此可以用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度。
同樣,基于這樣的布置,根據(jù)第一實(shí)施例中的計(jì)算方法,容易得到第二旋轉(zhuǎn)變壓器的橋式電路的接點(diǎn)C2和接點(diǎn)D2的輸出電壓是相位相差90度的關(guān)于本實(shí)施例中轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm2的分別成正弦變化和成余弦變化的電壓信號(hào),此即為現(xiàn)有技術(shù)中求取轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度所需的基礎(chǔ)信號(hào),因此將這些基礎(chǔ)信號(hào)傳送給后續(xù)連接的信號(hào)處理電路或者經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算即可得到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm2。由此可見本實(shí)施例中第二旋轉(zhuǎn)變壓器中,轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)1周,線圈的電感變化10個(gè)周期,即轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)36度位置信號(hào)變化1個(gè)周期,由此與第一旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)果結(jié)合可以用來(lái)細(xì)分測(cè)試區(qū)間,大大提高檢測(cè)精度。
本實(shí)施例中,定子解耦齒設(shè)置在兩個(gè)定子檢測(cè)齒之間,尤其設(shè)置在兩個(gè)定子檢測(cè)齒之間正中央的位置。由于設(shè)置了定子解耦齒,因此實(shí)際測(cè)得的電壓值與理論上計(jì)算的電感值所對(duì)應(yīng)的電壓值更為接近,從而使得最終檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)角度的精度大大提高;同時(shí),定子解耦齒的設(shè)置使得該旋轉(zhuǎn)變壓器的響應(yīng)快速性大大提高,并且簡(jiǎn)化了旋轉(zhuǎn)變壓器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
第三實(shí)施例:
第三實(shí)施例中,第一旋轉(zhuǎn)變壓器中定子檢測(cè)齒數(shù)按4*(M+1)取值,M取值為7,因而第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為32,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為1。第二旋轉(zhuǎn)變壓器中定子檢測(cè)齒數(shù)和轉(zhuǎn)子凸極數(shù)分別按4*(K+1)*S和(K+1)*(2N-1)*S取值,K取值為7,S取值為1,N取值為2,因而第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為32,轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為24。
圖5a為本實(shí)施例中第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖;圖5b為本實(shí)施例中第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖。第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器中,定子均包括定子鐵心,轉(zhuǎn)子均包括轉(zhuǎn)子鐵心,定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心均采用硅鋼片沖壓形成。第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器的32個(gè)定子檢測(cè)齒均沿所在的定子鐵心內(nèi)表面均勻分布,第二旋轉(zhuǎn)變壓器的24個(gè)轉(zhuǎn)子凸極在所在的轉(zhuǎn)子鐵心的外圓周上均勻分布。
對(duì)于第一旋轉(zhuǎn)變壓器,32個(gè)定子檢測(cè)齒沿圓周順時(shí)針分布依次為3101A、3102A、3103A、3104A、3105A、3106A、3107A、3108A、3109A、3110A、3111A、3112A、3113A、3114A、3115A、3116A、3117A、3118A、3119A、3120A、3121A、3122A、3123A、3124A、3125A、3126A、3127A、3128A、3129A、3130A、3131A、3132A。為了附圖的簡(jiǎn)潔起見,且由于定子檢測(cè)齒的分布和附圖標(biāo)記是有規(guī)律的,因此在圖5a中不一一標(biāo)記各定子檢測(cè)齒的附圖標(biāo)記,僅給出幾個(gè)示例。本實(shí)施例中,選擇僅在定子檢測(cè)齒3101A、3109A、3117A和3125A上各繞1個(gè)線圈。各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。本實(shí)施例中,通過(guò)電磁仿真選擇轉(zhuǎn)子凸極的形狀,使得線圈的電感的變化部分隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度呈正弦變化。
本實(shí)施例的第一旋轉(zhuǎn)變壓器中,定子線圈共分為4組。每組定子線圈包括1個(gè)線圈;每個(gè)線圈的電感的直流分量相等,每個(gè)線圈的電感的基波幅值相等。各組定子線圈的合成電感的相位依次相差90度。四組定子線圈組成橋式電路,該橋式電路與本實(shí)施例中第二旋轉(zhuǎn)變壓器中的橋式電路圖連接后的電路圖可參照第一實(shí)施例中的圖2,本實(shí)施例中該第一旋轉(zhuǎn)變壓器中的橋式電路的電路圖可參照?qǐng)D2中靠近左側(cè)的部分,只是此時(shí)橋式電路的橋臂XAC1由定子檢測(cè)齒3101A上的線圈構(gòu)成,橋臂XAD1由定子檢測(cè)齒3109A上的線圈構(gòu)成,橋臂XBC1由定子檢測(cè)齒3117A上的線圈構(gòu)成,橋臂XBD1由定子檢測(cè)齒3125A上的線圈構(gòu)成。橋式電路的4個(gè)接點(diǎn)A1、B1、C1、D1分別用4根引線引出作為第一旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線801A、802A、803A和804A,其中引出線801A和802A為第一旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁線,其連接到旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的勵(lì)磁線上,引出線803A和804A作為旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的第一旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)線引出。
對(duì)于第二旋轉(zhuǎn)變壓器,32個(gè)定子檢測(cè)齒沿圓周順時(shí)針分布依次為3101B、3102B、3103B、3104B、3105B、3106B、3107B、3108B、3109B、3110B、3111B、3112B、3113B、3114B、3115B、3116B、3117B、3118B、3119B、3120B、3121B、3122B、3123B、3124B、3125B、3126B、3127B、3128B、3129B、3130B、3131B、3132B。為了附圖的簡(jiǎn)潔起見,且由于定子檢測(cè)齒的分布和附圖標(biāo)記是有規(guī)律的,因此在圖5b中不一一標(biāo)記各定子檢測(cè)齒的附圖標(biāo)記,僅給出幾個(gè)示例。本實(shí)施例中,僅在定子檢測(cè)齒3101B、3102B、3103B、3104B、3109B、3110B、3111B、3112B、3117B、3118B、3119B、3120B、3125B、3126B、3127B、3128B上繞有線圈。各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。本實(shí)施例中,通過(guò)電磁仿真選擇轉(zhuǎn)子凸極的形狀,使得線圈的電感的變化部分隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度呈正弦變化。
本實(shí)施例的第二旋轉(zhuǎn)變壓器中,定子線圈共分為4組。每組定子線圈包括4個(gè)線圈;每個(gè)線圈的電感的直流分量相等,每個(gè)線圈的電感的基波幅值相等。各組定子線圈的合成電感的相位依次相差90度。四組定子線圈組成橋式電路,該橋式電路的電路圖可參照?qǐng)D2中靠近右側(cè)的部分,只是此時(shí)橋式電路的橋臂XAC2由定子檢測(cè)齒3101B、3109B、3117B、3125B上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XAD2由定子檢測(cè)齒3102B、3110B、3118B、3126B上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XBC2由定子檢測(cè)齒3103B、3111B、3119B、3127B上的線圈串聯(lián)構(gòu)成,橋臂XBD2由定子檢測(cè)齒3104、3112、3120、3128上的線圈串聯(lián)構(gòu)成。同一橋臂中的各電感的基波相位相等,橋式電路的4個(gè)接點(diǎn)A2、B2、C2、D2分別用4根引線引出作為旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線801B、802B、803B和804B,其中引出線801B和802B為第二旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁線接到旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的勵(lì)磁線上,引出線803B和804B為旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的第二旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)線引出。
本實(shí)施例中包括第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器的該旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖可以借用第一實(shí)施例中的附圖圖3。
基于這樣的布置,根據(jù)第一實(shí)施例中的計(jì)算方法,容易得到第一旋轉(zhuǎn)變壓器中橋式電路的接點(diǎn)C1和接點(diǎn)D1的輸出電壓是相位相差90度的關(guān)于本實(shí)施例中轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm3的分別成正弦變化和成余弦變化的電壓信號(hào),此即為現(xiàn)有技術(shù)中求取轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度所需的基礎(chǔ)信號(hào),因此將這些基礎(chǔ)信號(hào)傳送給后續(xù)連接的信號(hào)處理電路或者經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算即可得到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm3。并且可以看到轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)1周電感變化1個(gè)周期,可知上述求得的角度θm3在0-360度區(qū)間是單值的,由此可以用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度。
同樣,基于這樣的布置,根據(jù)第一實(shí)施例中的計(jì)算方法,容易得到第二旋轉(zhuǎn)變壓器的橋式電路的接點(diǎn)C2和接點(diǎn)D2的輸出電壓是相位相差90度的關(guān)于本實(shí)施例中轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm3的分別成正弦變化和成余弦變化的電壓信號(hào),此即為現(xiàn)有技術(shù)中求取轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度所需的基礎(chǔ)信號(hào),因此將這些基礎(chǔ)信號(hào)傳送給后續(xù)連接的信號(hào)處理電路或者經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算即可得到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm3。由此可見本實(shí)施例中第二旋轉(zhuǎn)變壓器中,轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)1周,線圈的電感變化24個(gè)周期,即轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)15度位置信號(hào)變化1個(gè)周期,由此與第一旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)果結(jié)合可以用來(lái)細(xì)分測(cè)試區(qū)間,大大提高檢測(cè)精度。
以上實(shí)施例中,對(duì)轉(zhuǎn)子凸極的形狀的設(shè)置均使得線圈的電感的變化部分隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度呈正弦變化,在本實(shí)用新型中,也可以設(shè)置轉(zhuǎn)子凸極的形狀以使得線圈的電感的變化部分隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度呈三角波變化。
上述三個(gè)實(shí)施例中,由于各實(shí)施例之間差異較大的為定子檢測(cè)齒、轉(zhuǎn)子凸極和定子解耦齒的分布,在系統(tǒng)構(gòu)造上相差不大,因此各實(shí)施例之間定子檢測(cè)齒的附圖標(biāo)記予以區(qū)分,其余相應(yīng)部件采用相同的附圖標(biāo)記。
上述實(shí)施例中,轉(zhuǎn)子均布置在定子的內(nèi)部;在本實(shí)用新型中,轉(zhuǎn)子也可以布置在定子的外部。
本實(shí)用新型還提出了一種具有上述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)體。該旋轉(zhuǎn)體包括旋轉(zhuǎn)體本體和上述旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)。其中,旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角度與旋轉(zhuǎn)體本體的旋轉(zhuǎn)角度成規(guī)則的關(guān)系,因此能夠由旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)檢測(cè)的角度得到旋轉(zhuǎn)體本體的旋轉(zhuǎn)角度。
第四實(shí)施例:
第四實(shí)施例中,旋轉(zhuǎn)體本體為電動(dòng)機(jī),旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)以包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器為例。圖6所示為本實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6中,401表示旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)共用的機(jī)殼,4021表示旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定子,4022表示旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定子;403表示電動(dòng)機(jī)的定子;4041表示旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的第一旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子鐵心,4042表示旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的第二旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子鐵心,405表示電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心,第一旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子鐵心4041、第二旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子鐵心4042與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心405一同旋轉(zhuǎn),406表示轉(zhuǎn)軸,4071、4072分別表示前后端蓋,408表示軸承,保證轉(zhuǎn)子相對(duì)定子順暢轉(zhuǎn)動(dòng),4091、4092、4093、4094、4095、4096表示旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的引出線,4091和4092為第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器共用的勵(lì)磁線,4093、4094為第一旋轉(zhuǎn)變壓器的獨(dú)立的信號(hào)線、4095和4096為第二旋轉(zhuǎn)變壓器的獨(dú)立的信號(hào)線,4010表示電動(dòng)機(jī)的引線,40111表示第一旋轉(zhuǎn)變壓器的線圈,40112表示第二旋轉(zhuǎn)變壓器的線圈,4012表示電動(dòng)機(jī)線圈。本實(shí)施例中,旋轉(zhuǎn)體為旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)本體構(gòu)成一體的一體式電動(dòng)機(jī)。
第五實(shí)施例:
第五實(shí)施例中,旋轉(zhuǎn)體本體為電動(dòng)機(jī),旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)以包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器為例。圖7所示為本實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7中,501表示旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng),502表示電動(dòng)機(jī),503表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸,5041和5042分別表示旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的第一旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線組和第二旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線組,505表示電動(dòng)機(jī)引線,506為螺釘。本實(shí)施例中,旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)501安裝在電動(dòng)機(jī)本體502的端部,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸503與旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸用聯(lián)軸節(jié)連接同步旋轉(zhuǎn)(圖7中未示出)。由此可見,本實(shí)施例中,旋轉(zhuǎn)體為旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)本體構(gòu)成的分體式結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)和具有這種旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)體采用至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器,尤其是磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器,一個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器檢測(cè)得到的角度在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的0-360度區(qū)間為單值,另一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的0-360度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行2個(gè)或2個(gè)以上周期地檢測(cè),與前一個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)果結(jié)合可以用來(lái)細(xì)分測(cè)試區(qū)間,從而大大提高了檢測(cè)精度。同時(shí),本實(shí)用新型能夠在每個(gè)定子檢測(cè)齒上最多繞一個(gè)線圈,大大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝,有效防止了由于繞組的位置不同使得旋轉(zhuǎn)變壓器的一致性受到不利影響,并克服了現(xiàn)有技術(shù)中同一定子齒上不同繞組間的短路風(fēng)險(xiǎn)。此外,本實(shí)用新型還可設(shè)置定子解耦齒,有效減小或消除了繞有線圈的不同的定子檢測(cè)齒之間的磁耦合干擾,從而進(jìn)一步提高了本實(shí)用新型的可靠性。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本實(shí)用新型。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改,并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此,本實(shí)用新型不限于這里的實(shí)施例,本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的揭示,不脫離本實(shí)用新型范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。