本發(fā)明屬于檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種檢測(cè)設(shè)備，尤其是一種角度檢測(cè)設(shè)備。

背景技術(shù)：

電動(dòng)汽車(chē)、工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人、紡織機(jī)械和航空航天等行業(yè)均離不開(kāi)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的高性能控制，因而需要電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度傳感器，并且經(jīng)常要求將其應(yīng)用在高溫環(huán)境下。當(dāng)前，光電式角度編碼器因可以容易地實(shí)現(xiàn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)而得到了廣泛應(yīng)用，但這種光電式角度編碼器含有光電元器件和半導(dǎo)體器件，因而無(wú)法應(yīng)用在高溫環(huán)境中。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。

當(dāng)前，旋轉(zhuǎn)變壓器基本上均為六線式旋轉(zhuǎn)變壓器，其6根引線中，2根為勵(lì)磁引線，4根為信號(hào)引線，引線較多，系統(tǒng)維修繁瑣，可靠性不高。當(dāng)前，針對(duì)這種6引線的旋轉(zhuǎn)變壓器，配置有信號(hào)處理裝置，這些信號(hào)處理裝置中電路構(gòu)成復(fù)雜龐大，也不適于作為電感式(尤其是四線式)旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)處理裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)﹄姼惺叫D(zhuǎn)變壓器進(jìn)行有效的信號(hào)處理與計(jì)算且結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的角度檢測(cè)設(shè)備。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種角度檢測(cè)設(shè)備，包括旋轉(zhuǎn)變壓器和信號(hào)處理裝置；所述旋轉(zhuǎn)變壓器包括至少四根引線，其中至少兩根所述引線為勵(lì)磁引線，至少兩根所述引線為信號(hào)引線；所述信號(hào)處理裝置包括勵(lì)磁電路，以連接所述勵(lì)磁引線且為所述勵(lì)磁引線提供勵(lì)磁信號(hào)；包括信號(hào)采集電路，以連接所述信號(hào)引線且從所述信號(hào)引線采集所述旋轉(zhuǎn)變壓器的位置信號(hào)；以及包括角度計(jì)算電路，以連接所述信號(hào)采集電路并根據(jù)所述信號(hào)采集電路發(fā)來(lái)的所述位置信號(hào)計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)角度。

所述信號(hào)采集電路為信號(hào)采樣電路；或者，所述信號(hào)采集電路為同步檢波電路。

所述勵(lì)磁信號(hào)為正弦波信號(hào)或者矩形波信號(hào)。

所述信號(hào)處理裝置還包括時(shí)控電路；所述時(shí)控電路與所述勵(lì)磁電路和所述信號(hào)采集電路均連接，以控制所述勵(lì)磁電路提供所述勵(lì)磁信號(hào)以及控制所述信號(hào)采集電路的信號(hào)采集節(jié)拍；優(yōu)選地，所述信號(hào)處理裝置包括兩個(gè)所述信號(hào)采集電路。

所述信號(hào)采集電路的輸入端連接有帶通濾波器，以對(duì)所述信號(hào)引線輸出的信號(hào)進(jìn)行濾波處理；優(yōu)選地，所述信號(hào)處理裝置包括兩組所述帶通濾波器和所述信號(hào)采集電路。

所述信號(hào)采集電路和所述角度計(jì)算電路之間連接有低通濾波器，以對(duì)所述信號(hào)采集電路輸出的信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理；優(yōu)選地，所述信號(hào)處理裝置包括兩組所述低通濾波器和所述信號(hào)采集電路。

所述信號(hào)采集電路為模擬電路；或者，所述信號(hào)采集電路為數(shù)字電路；或者，所述信號(hào)采集電路為數(shù)字和模擬混合電路。

所述角度計(jì)算電路為數(shù)字電路；或者，所述角度計(jì)算電路為數(shù)字和模擬混合電路。

所述旋轉(zhuǎn)變壓器包括定子和轉(zhuǎn)子，定子包括定子軛和定子檢測(cè)齒，所述定子檢測(cè)齒設(shè)置在所述定子軛上；轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子鐵心的表面設(shè)置有轉(zhuǎn)子凸極；定子檢測(cè)齒數(shù)為4*p，p為正整數(shù)；轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為q，q為正整數(shù)；q大于1時(shí)，q個(gè)所述轉(zhuǎn)子凸極沿所述轉(zhuǎn)子的圓周表面均勻分布；所述定子軛和所述定子檢測(cè)齒由導(dǎo)磁材料制成；所述轉(zhuǎn)子鐵心由導(dǎo)磁材料構(gòu)成；每個(gè)所述定子檢測(cè)齒上最多繞1個(gè)線圈；所述旋轉(zhuǎn)變壓器包括至少一套檢測(cè)線圈系統(tǒng)；每套檢測(cè)線圈系統(tǒng)包括多個(gè)繞在所述定子檢測(cè)齒上的線圈，所述線圈的電感隨所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化，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；優(yōu)選地，每套所述檢測(cè)線圈系統(tǒng)中，多個(gè)所述線圈構(gòu)成橋式電路，所述橋式電路的各橋臂由一個(gè)所述線圈構(gòu)成或由多個(gè)所述線圈串聯(lián)構(gòu)成，從所述橋式電路的橋臂相交的接點(diǎn)處引出引線，作為勵(lì)磁引線或信號(hào)引線；每套所述檢測(cè)線圈系統(tǒng)既包含勵(lì)磁引線，又包含信號(hào)引線；各所述橋臂的線圈的合成電感的基波相位依次相差90度。

優(yōu)選地，每套所述檢測(cè)線圈系統(tǒng)中：包括至少四組定子線圈，每組定子線圈包括至少一個(gè)所述線圈；所有組所述定子線圈組成橋式電路，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)所述接點(diǎn)處引出一根引線。

優(yōu)選地，每套檢測(cè)線圈系統(tǒng)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)處引出四根引線，其中兩根所述引線為勵(lì)磁引線，另外兩根所述引線為信號(hào)引線。

優(yōu)選地，所述定子還包括定子輔助齒，以改善磁路系統(tǒng)的對(duì)稱性；所述定子輔助齒設(shè)置在所述定子檢測(cè)齒的外側(cè)；所述定子輔助齒的材料為導(dǎo)磁材料。

優(yōu)選地，所述定子還包括定子解耦齒，以減少繞有線圈的所述定子檢測(cè)齒之間的磁耦合；所述定子解耦齒設(shè)置在繞有線圈的所述定子檢測(cè)齒的兩側(cè)，繞有線圈的所述定子檢測(cè)齒之間至少設(shè)置1個(gè)定子解耦齒；所述定子解耦齒的材料為導(dǎo)磁材料。

優(yōu)選地，所述定子軛所跨越的角度小于360度。

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子布置在所述定子的內(nèi)部；或者，所述轉(zhuǎn)子布置在所述定子的外部。

所述旋轉(zhuǎn)變壓器包括兩套或兩套以上的檢測(cè)線圈系統(tǒng)；至少兩套所述檢測(cè)線圈系統(tǒng)的線圈設(shè)置在同一個(gè)定子上；每套所述檢測(cè)線圈系統(tǒng)連接有一個(gè)所述信號(hào)處理裝置；優(yōu)選地，各套所述檢測(cè)線圈系統(tǒng)之間，勵(lì)磁引線共用，信號(hào)引線獨(dú)立；或者，各套所述檢測(cè)線圈系統(tǒng)之間，勵(lì)磁引線獨(dú)立，信號(hào)引線獨(dú)立。

所述角度檢測(cè)設(shè)備包括至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器；所述角度檢測(cè)設(shè)備包括與旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)目相等的信號(hào)處理裝置；所述信號(hào)處理裝置與所述旋轉(zhuǎn)變壓器一一對(duì)應(yīng)地連接；優(yōu)選地，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)；優(yōu)選地，第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為4*m，m為正整數(shù)；優(yōu)選地，第二旋轉(zhuǎn)變壓器中，定子檢測(cè)齒數(shù)為4*x，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為(y+1)；其中，x和y為正整數(shù)。

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變化；或者，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變化。

所述定子檢測(cè)齒沿所述定子軛的更靠近所述轉(zhuǎn)子的一側(cè)的圓周表面分布，相鄰的定子檢測(cè)齒相隔設(shè)定的角度布置，以使得各所述橋臂上的線圈的合成電感的基波相位依次相差90度。

由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明角度檢測(cè)設(shè)備提出了一種能夠?yàn)殡姼惺叫D(zhuǎn)變壓器，尤其是僅具有四根引線(兩根為勵(lì)磁引線，兩根為信號(hào)引線)的電感式旋轉(zhuǎn)變壓器提供有效的信號(hào)處理的技術(shù)，能夠有效地對(duì)電感式旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行勵(lì)磁和采樣以及旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算，得到較為精確的旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)角度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中角度檢測(cè)設(shè)備的原理示意圖；

圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖；

圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器的橋式電路的電路圖；

圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例中信號(hào)處理裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例中機(jī)械角度和電角度的關(guān)系圖；

圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例中信號(hào)處理裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖7為本發(fā)明第三實(shí)施例中信號(hào)處理裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖8為本發(fā)明第四實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面圖；

圖9為本發(fā)明第四實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器的橋式電路的電路圖；

圖10a為本發(fā)明第五實(shí)施例中第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面圖；

圖10b為本發(fā)明第五實(shí)施例中第二旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面圖；

圖11為本發(fā)明第五實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)的橋式電路的電路圖；

圖12為本發(fā)明第六實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明提出了一種角度檢測(cè)設(shè)備，該角度檢測(cè)設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)變壓器和信號(hào)處理裝置，圖1所示為其原理示意圖。該旋轉(zhuǎn)變壓器包括至少四根引線，其中至少兩根引線為勵(lì)磁引線，至少兩根引線為信號(hào)引線。該信號(hào)處理裝置包括勵(lì)磁電路，以連接勵(lì)磁引線且為勵(lì)磁引線提供勵(lì)磁信號(hào)；包括信號(hào)采集電路，以連接信號(hào)引線且從信號(hào)引線采集旋轉(zhuǎn)變壓器的位置信號(hào)；以及包括角度計(jì)算電路，以連接信號(hào)采集電路并根據(jù)信號(hào)采集電路發(fā)來(lái)的位置信號(hào)計(jì)算旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)角度。

本發(fā)明中，信號(hào)采集電路為模擬電路，或者數(shù)字電路，或者數(shù)字和模擬混合電路，并根據(jù)需要增加數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。本發(fā)明中，角度計(jì)算電路為數(shù)字電路，或者數(shù)字和模擬混合電路，并根據(jù)需要增加數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。

旋轉(zhuǎn)變壓器包括定子和轉(zhuǎn)子，定子包括定子軛和定子檢測(cè)齒，定子檢測(cè)齒設(shè)置在定子軛上。轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子鐵心的表面設(shè)置有轉(zhuǎn)子凸極。定子檢測(cè)齒數(shù)為4*p，p為正整數(shù)；轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為q，q為正整數(shù)。q大于1時(shí)，q個(gè)轉(zhuǎn)子凸極沿轉(zhuǎn)子的圓周表面均勻分布。定子軛和定子檢測(cè)齒由導(dǎo)磁材料制成；轉(zhuǎn)子鐵心由導(dǎo)磁材料構(gòu)成。

旋轉(zhuǎn)變壓器包括至少一套檢測(cè)線圈系統(tǒng)。每套檢測(cè)線圈系統(tǒng)包括多個(gè)繞在定子檢測(cè)齒上的線圈，每個(gè)定子檢測(cè)齒上最多繞1個(gè)線圈。線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化，以根據(jù)線圈的電感的變化檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。每套檢測(cè)線圈系統(tǒng)中，多個(gè)線圈構(gòu)成橋式電路，橋式電路的各橋臂由一個(gè)線圈構(gòu)成或由多個(gè)線圈串聯(lián)構(gòu)成，從橋式電路的橋臂相交的接點(diǎn)處引出引線，作為勵(lì)磁引線或信號(hào)引線。每套檢測(cè)線圈系統(tǒng)既包含勵(lì)磁引線，又包含信號(hào)引線。各橋臂的線圈的合成電感的基波相位依次相差90度。

優(yōu)選地，每套檢測(cè)線圈系統(tǒng)中：包括至少四組定子線圈，每組定子線圈包括至少一個(gè)線圈。所有組定子線圈組成橋式電路，每組定子線圈構(gòu)成橋式電路的一個(gè)橋臂。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)處引出一根引線。

本發(fā)明中，定子軛可以采用所跨越的角度為360度，即圓形的普通的定子軛，也可以采用所跨越的角度小于360度的新型定子軛，從而使得包含定子軛的定子、旋轉(zhuǎn)變壓器和角度檢測(cè)設(shè)備更加小型化和輕量化。

第一實(shí)施例：

本實(shí)施例中，該角度檢測(cè)設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)變壓器和信號(hào)處理裝置。本實(shí)施例中，信號(hào)處理裝置中勵(lì)磁電路輸出的勵(lì)磁信號(hào)為正弦波信號(hào)(本發(fā)明中，也可以是矩形波信號(hào))。

該旋轉(zhuǎn)變壓器中，p＝1，q＝6，從而該旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為4，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為6。圖2為該旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖。定子包括定子軛和定子檢測(cè)齒，定子檢測(cè)齒設(shè)置在定子軛上。轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心。定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心均采用硅鋼片沖壓形成。

本實(shí)施例中，6個(gè)轉(zhuǎn)子凸極在轉(zhuǎn)子鐵心的表面圓周上均勻分布，4個(gè)定子檢測(cè)齒沿定子軛的圓周表面分布。4個(gè)定子檢測(cè)齒沿圓周順時(shí)針?lè)植家来螢?101、1102、1103和1104。在每個(gè)定子檢測(cè)齒上有絕緣繞線骨架(圖2中未示出)。每個(gè)定子檢測(cè)齒上饒有1個(gè)線圈，在每個(gè)定子檢測(cè)齒的兩側(cè)均設(shè)有1個(gè)定子解耦齒(其上不纏繞線圈)，分別為1105、1106、1107、1108和1109，以減少繞有線圈的定子檢測(cè)齒之間的磁耦合(從圖2中也可以看出繞有線圈的定子檢測(cè)齒之間至少設(shè)置有1個(gè)定子解耦齒)。定子解耦齒的材料為導(dǎo)磁材料。定子檢測(cè)齒沿定子軛的更靠近轉(zhuǎn)子的一側(cè)的圓周表面分布，相鄰的定子檢測(cè)齒相隔設(shè)定的角度布置，以使得各橋臂上的線圈的合成電感的基波相位依次相差設(shè)定的角度，本實(shí)施例中為90度。

每個(gè)線圈的匝數(shù)相同。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)子凸極的形狀和尺寸，以使得線圈的電感的變化部分隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化呈正弦變化。

該旋轉(zhuǎn)變壓器包括一套檢測(cè)線圈系統(tǒng)，其中包括四組定子線圈。每組定子線圈包括1個(gè)線圈。四組定子線圈中，各組定子線圈的合成電感的基波相位依次相差90度。四組定子線圈組成橋式電路，圖3所示為該橋式電路的電路圖。橋式電路的橋臂xac由定子檢測(cè)齒1101上的線圈構(gòu)成，橋臂xad由定子檢測(cè)齒1102上的線圈構(gòu)成，橋臂xbc由定子檢測(cè)齒1103上的線圈構(gòu)成，橋臂xbd由定子檢測(cè)齒1104上的線圈構(gòu)成。橋式電路的4個(gè)接點(diǎn)a、b、c、d分別用4根引線引出作為旋轉(zhuǎn)變壓器的引線，其中兩根引線為勵(lì)磁引線，連接信號(hào)處理裝置的勵(lì)磁端(對(duì)應(yīng)于a和b)；另外兩根引出線為信號(hào)引線(從而c和d成為旋轉(zhuǎn)變壓器的反饋)，連接信號(hào)處理裝置的反饋信號(hào)端(對(duì)應(yīng)于c和d)。

本實(shí)施例中，定子軛的跨度小于360度(本發(fā)明中，也可以采用所跨越的角度為360度，即圓形的普通的定子軛)。定子檢測(cè)齒1101與定子檢測(cè)齒1102之間的夾角為15度，定子檢測(cè)齒1102與定子檢測(cè)齒1103之間的夾角為15度，定子檢測(cè)齒1103與定子檢測(cè)齒1104之間的夾角為15度。各定子解耦齒(1105、1106、1107、1108、1109)與相鄰的定子檢測(cè)齒之間的夾角為7.5度。

圖4所示為本實(shí)施例中信號(hào)處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該信號(hào)處理裝置包括勵(lì)磁電路、信號(hào)采集電路、時(shí)控電路和角度計(jì)算電路。

勵(lì)磁電路的輸出勵(lì)磁信號(hào)與旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁端a和b連接，旋轉(zhuǎn)變壓器的反饋信號(hào)端c和d連接信號(hào)采集電路的輸入端。時(shí)控電路控制勵(lì)磁電路輸出勵(lì)磁信號(hào)并按設(shè)定的節(jié)拍控制信號(hào)采集電路對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器的反饋信號(hào)進(jìn)行信號(hào)采集處理得到位置信號(hào)；經(jīng)采樣處理后的位置信號(hào)發(fā)送給角度計(jì)算電路，由角度計(jì)算電路根據(jù)位置信號(hào)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度。本實(shí)施例中，共包含兩個(gè)所述信號(hào)采集電路，一個(gè)用于采集反饋信號(hào)中的正弦信號(hào)，另一個(gè)用于采集反饋信號(hào)中的余弦信號(hào)。

本實(shí)施例中，信號(hào)采集電路為信號(hào)采樣電路(本發(fā)明中，信號(hào)采集電路也可以是同步檢波電路)。

本實(shí)施例中角度檢測(cè)設(shè)備的角度檢測(cè)原理如下：

令定子檢測(cè)齒1101、1102、1103、1104上的線圈的電感分別為l101、l102、l103、l104。由圖2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6。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：

l101＝l1+lm1*sin(6θm1)式(101)

l102＝l1+lm1*sin(6θm1-90)式(102)

l103＝l1+lm1*sin(6θm1-180)式(103)

l104＝l1+lm1*sin(6θm1-270)式(104)

其中，l1為各電感的直流分量；

lm1為各電感的基波幅值；

θm1為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。

參照?qǐng)D3的橋式電路圖，由定子檢測(cè)齒1101上的線圈構(gòu)成的橋臂xac的電感l(wèi)_ac為：

l_ac＝l101＝l1+lm1*sin(6θm1)式(105)

由定子檢測(cè)齒1102上的線圈構(gòu)成的橋臂xad的電感l(wèi)_ad為：

l_ad＝l102＝l1+lm1*sin(6θm1-90)式(106)

由定子檢測(cè)齒1103上的線圈構(gòu)成的橋臂xbc的電感l(wèi)_bc為：

l_bc＝l103＝l1+lm1*sin(6θm1-180)式(107)

由定子檢測(cè)齒1104上的線圈構(gòu)成的橋臂xbd的電感l(wèi)_bd為：

l_bd＝l104＝l1+lm1*sin(6θm1-270)式(108)

觀察式(101)-式(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。

設(shè)施加到旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁端的高頻勵(lì)磁電壓為：

vi＝v＊sin(ωt),

其中：v為勵(lì)磁電壓的幅值；

ω為勵(lì)磁電壓的角頻率；

t為時(shí)間；

則根據(jù)電路運(yùn)算容易求出橋式電路的接點(diǎn)c和接點(diǎn)d的輸出電壓vc和vd分別為：

vc＝gv*sinωt*sin(6*θm1)式(109)

vd＝gv*sinωt*cos(6*θm1)式(110)

其中：gv為常數(shù)。

上兩式代表幅值為gv*sinωt的兩項(xiàng)互差90度的正弦波。

可以得到：

vc/vd＝sin(6*θm1)/cos(6*θm1)＝tan(6*θm1)式(111)

所以，通過(guò)測(cè)量橋式電路的接點(diǎn)的輸出電壓vc和vd，并計(jì)算出vc/vd，然后進(jìn)行反正切計(jì)算等即可求出旋轉(zhuǎn)角度θm1。

在本實(shí)施例中，參照?qǐng)D4，通過(guò)時(shí)控電路控制信號(hào)采集電路的采樣節(jié)拍對(duì)反饋信號(hào)電壓vc和vd進(jìn)行采樣，并將結(jié)果輸出給角度計(jì)算電路，角度計(jì)算電路計(jì)算出vc/vd進(jìn)行反正切計(jì)算等即可求出旋轉(zhuǎn)角度。

在本實(shí)施例里，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為6，機(jī)械角度(即旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)角度)θm1與電角度θe1的關(guān)系為θm1＝θe1/6。所以求得電角度θe1(即arctan(vc/vd))后除以6即可求出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度θm1，如圖4所示。圖5為本實(shí)施例中機(jī)械角度和電角度的關(guān)系示意圖。

本發(fā)明中，角度計(jì)算電路可以是具有反正切計(jì)算和除法計(jì)算的芯片。

本實(shí)施例中設(shè)置有定子解耦齒(其為不纏繞線圈的定子齒)，減少了繞有線圈的定子檢測(cè)齒之間的磁耦合。定子解耦齒設(shè)置在繞有線圈的定子檢測(cè)齒的兩側(cè)，繞有線圈的定子檢測(cè)齒之間至少設(shè)置1個(gè)定子解耦齒。定子解耦齒的材料為導(dǎo)磁材料。

第二實(shí)施例：

本實(shí)施例中，角度檢測(cè)設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)變壓器和與其相連的信號(hào)處理裝置，其中旋轉(zhuǎn)變壓器與第一實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)變壓器相同。本實(shí)施例中，信號(hào)處理裝置中勵(lì)磁電路輸出的勵(lì)磁信號(hào)為正弦波信號(hào)(本發(fā)明中，也可以是矩形波信號(hào))。

圖6所示為本實(shí)施例中信號(hào)處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中，信號(hào)處理裝置包括勵(lì)磁電路、帶通濾波器、信號(hào)采集電路、時(shí)控電路和角度計(jì)算電路。

勵(lì)磁電路輸出的勵(lì)磁信號(hào)與旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁端a和b連接，旋轉(zhuǎn)變壓器的反饋信號(hào)端c和d連接到信號(hào)處理裝置的帶通濾波器的輸入端，經(jīng)帶通濾波器濾除干擾后的輸出信號(hào)送到信號(hào)采集電路的輸入端。時(shí)控電路控制勵(lì)磁電路輸出勵(lì)磁信號(hào)并按所設(shè)定的采樣節(jié)拍控制信號(hào)采集電路對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器的反饋信號(hào)進(jìn)行采樣處理得到位置信號(hào)，采樣處理后的位置信號(hào)傳送給角度計(jì)算電路計(jì)算出旋轉(zhuǎn)角度。本實(shí)施例中，共包含兩組上述帶通濾波器和信號(hào)采集電路，一組用于處理反饋信號(hào)中的正弦信號(hào)，另一組用處處理反饋信號(hào)中的余弦信號(hào)。

本實(shí)施例中，信號(hào)采集電路為信號(hào)采樣電路(本發(fā)明中，信號(hào)采集電路也可以是同步檢波電路)。本發(fā)明中，角度計(jì)算電路可以是具有反正切計(jì)算和除法計(jì)算的芯片。

本實(shí)施例的角度檢測(cè)原理與第一實(shí)施例相似。同時(shí)，本實(shí)施例由于在反饋信號(hào)與信號(hào)采集電路之間引入了帶通濾波器，大大增強(qiáng)了角度檢測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際使用現(xiàn)場(chǎng)的抗干擾能力。

第三實(shí)施例：

本實(shí)施例中，角度檢測(cè)設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)變壓器和與其相連的信號(hào)處理裝置，其中旋轉(zhuǎn)變壓器與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)變壓器相同。本實(shí)施例中，信號(hào)處理裝置中勵(lì)磁電路輸出的勵(lì)磁信號(hào)為正弦波信號(hào)(本發(fā)明中，也可以是矩形波信號(hào))。

圖7所示為本實(shí)施例中信號(hào)處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中，信號(hào)處理裝置包括勵(lì)磁電路、帶通濾波器、信號(hào)采集電路、時(shí)控電路、低通濾波器和角度計(jì)算電路。

勵(lì)磁電路的輸出勵(lì)磁信號(hào)與旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁端a和b連接，旋轉(zhuǎn)變壓器的反饋信號(hào)端c和d連接到信號(hào)處理裝置的帶通濾波器的輸入端，帶通濾波器的輸出信號(hào)送到信號(hào)采集電路的輸入端。時(shí)控電路控制勵(lì)磁電路輸出勵(lì)磁信號(hào)并按設(shè)定的采樣節(jié)拍控制信號(hào)采集電路對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器的反饋信號(hào)進(jìn)行采樣處理得到位置信號(hào)，采樣處理后的位置信號(hào)傳送給低通濾波器，低通濾波后的位置信號(hào)輸出給角度計(jì)算電路，由角度計(jì)算電路計(jì)算出旋轉(zhuǎn)角度。本實(shí)施例中，共包含兩組上述帶通濾波器、信號(hào)采集電路和低通濾波器，一組用于處理反饋信號(hào)中的正弦信號(hào)，另一組用于處理反饋信號(hào)中的余弦信號(hào)。

本實(shí)施例中，信號(hào)采集電路為信號(hào)采樣電路(本發(fā)明中，信號(hào)采集電路也可以是同步檢波電路)。本發(fā)明中，角度計(jì)算電路可以是具有反正切計(jì)算和除法計(jì)算的芯片。

本實(shí)施例的角度檢測(cè)原理與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例相似。同時(shí)，本實(shí)施例由于在信號(hào)采集電路與角度計(jì)算電路間相對(duì)于第二實(shí)施例又加入了低通濾波器，從而大大降低了角度檢測(cè)系統(tǒng)的高頻抗干擾影響。

第四實(shí)施例：

本實(shí)施例中，角度檢測(cè)設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)變壓器和與其相連的信號(hào)處理裝置。本實(shí)施例中，信號(hào)處理裝置中勵(lì)磁電路輸出的勵(lì)磁信號(hào)為正弦波信號(hào)(本發(fā)明中，也可以是矩形波信號(hào))。

其中，旋轉(zhuǎn)變壓器包括三套檢測(cè)線圈系統(tǒng)，每套檢測(cè)線圈系統(tǒng)包括四組定子線圈，每組定子線圈包括一個(gè)線圈。四組定子線圈組成橋式電路，每組定子線圈構(gòu)成橋式電路的一個(gè)橋臂。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)處引出一根引線。

本實(shí)施例中，包括三個(gè)信號(hào)處理裝置，每個(gè)信號(hào)處理裝置與第一實(shí)施例中的信號(hào)處理裝置相同，各信號(hào)處理裝置分別與旋轉(zhuǎn)變壓器的一個(gè)橋式電路的輸出引線一一對(duì)應(yīng)地連接。

本實(shí)施例中，該旋轉(zhuǎn)變壓器具有12個(gè)定子檢測(cè)齒和9個(gè)轉(zhuǎn)子凸極。圖8所示為本實(shí)施例中該旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖。定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心均采用硅鋼片沖壓形成。本實(shí)施例中，12個(gè)定子檢測(cè)齒沿定子鐵心內(nèi)表面均勻分布；9個(gè)轉(zhuǎn)子凸極沿轉(zhuǎn)子鐵心的外圓表面上均勻分布。從圖8可以看出，這三套檢測(cè)線圈系統(tǒng)的線圈設(shè)置于同一個(gè)定子的定子檢測(cè)齒上。

每個(gè)定子檢測(cè)齒上有絕緣繞線骨架(圖8中未示出)。每個(gè)定子檢測(cè)齒上繞有且僅饒有1個(gè)線圈，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?lè)植家来螢?101、4102、4103、4104、4105、4106、4107、4108、4109、4110、4111、4112。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。圖8中，9表示線圈。本實(shí)施例中，各線圈的電感的直流分量相等，各線圈的電感的基波幅值相等。

該旋轉(zhuǎn)變壓器共包括三套檢測(cè)線圈系統(tǒng)，第一檢測(cè)線圈系統(tǒng)包括繞在定子檢測(cè)齒4101、4102、4103、4104上的線圈，第二檢測(cè)線圈系統(tǒng)包括繞在定子檢測(cè)齒4105、4106、4107、4108上的線圈，第三檢測(cè)線圈系統(tǒng)包括繞在定子檢測(cè)齒4109、4110、4111、4112上的線圈。三套檢測(cè)線圈系統(tǒng)分別組成第一橋式電路、第二橋式電路和第三橋式電路。第一橋式電路、第二橋式電路和第三橋式電路連接后的電路示意圖如圖9所示，圖9中靠近左側(cè)的橋式電路為第一橋式電路，中間的橋式電路為第二橋式電路，靠近右側(cè)的橋式電路為第三橋式電路。

圖9中，第一橋式電路的橋臂xac1由定子檢測(cè)齒4101上的線圈構(gòu)成，橋臂xad1由定子檢測(cè)齒4102上的線圈構(gòu)成，橋臂xbc1由定子檢測(cè)齒4103上的線圈構(gòu)成，橋臂xbd1由定子檢測(cè)齒4104上的線圈構(gòu)成。第一橋式電路的4個(gè)連接節(jié)點(diǎn)a1、b1、c1、d1分別用4根引線引出，其中兩根引線為勵(lì)磁引線，另外兩根引線為信號(hào)引線。

圖9中，第二橋式電路的橋臂xac2由定子檢測(cè)齒4105上的線圈構(gòu)成，橋臂xad2由定子檢測(cè)齒4106上的線圈構(gòu)成，橋臂xbc2由定子檢測(cè)齒4107上的線圈構(gòu)成，橋臂xbd2由定子檢測(cè)齒4108上的線圈構(gòu)成。第二橋式電路的4個(gè)連接節(jié)點(diǎn)a2、b2、c2、d2分別用4根引線引出，其中兩根引線為勵(lì)磁引線，另外兩根引線為信號(hào)引線。

圖9中，第三橋式電路的橋臂xac3由定子檢測(cè)齒4109上的線圈構(gòu)成，橋臂xad3由定子檢測(cè)齒4110上的線圈構(gòu)成，橋臂xbc3由定子檢測(cè)齒4111上的線圈構(gòu)成，橋臂xbd3由定子檢測(cè)齒4112上的線圈構(gòu)成。第三橋式電路的4個(gè)連接節(jié)點(diǎn)a3、b3、c3、d3分別用4根引線引出，其中兩根引線為勵(lì)磁引線，另外兩根引線為信號(hào)引線。

各套檢測(cè)線圈系統(tǒng)之間，勵(lì)磁引線獨(dú)立，信號(hào)引線獨(dú)立。在本發(fā)明中，也可以為各套檢測(cè)線圈系統(tǒng)之間，勵(lì)磁引線共用，信號(hào)引線獨(dú)立。

本實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)原理如下：

令旋轉(zhuǎn)變壓器第一檢測(cè)線圈系統(tǒng)的線圈4101、4102、4103、4104的電感分別為l4101、l4102、l4103、l4104。由圖8可以看出隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化，各定子齒與轉(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9。第一檢測(cè)線圈系統(tǒng)的定子檢測(cè)齒4101、4102、4103、4104上的線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm4變化可以分別表示為：

l4101＝l4+lm4*sin(9θm4)式(401)

l4102＝l4+lm4*sin(9θm4+90)式(402)

l4103＝l4+lm4*sin(9θm4+180)式(403)

l4104＝l4+lm4*sin(9θm4+270)式(404)

其中，l4為各電感的直流分量；

lm4為各電感的基波幅值；

θm4為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。

參照第一橋式電路：

由定子檢測(cè)齒4101上的線圈構(gòu)成的橋臂xac1的電感l(wèi)_ac1為：

l_ac1＝l4101＝l4+lm4*sin(9θm4)式(405)

由定子檢測(cè)齒4102上的線圈構(gòu)成的橋臂xad1的電感l(wèi)_ad1為：

l_ad1＝l4102＝l4+lm4*sin(9θm4+90)式(406)

由定子檢測(cè)齒4103上的線圈構(gòu)成的橋臂xbc1的電感l(wèi)_bc1為：

l_bc1＝l4103＝l4+lm4*sin(9θm4+180)式(407)

由定子檢測(cè)齒4104上的線圈構(gòu)成的橋臂xbd1的電感l(wèi)_bd1為：

l_bd1＝l4104＝l4+lm4*sin(9θm4+270)式(408)

由式(401)－式(408)可知，參照與第一實(shí)施例相同的計(jì)算方法，能夠得到連接點(diǎn)c1和d1處的輸出電壓vc1和vd1之間存在以下關(guān)系：

vc1/vd1＝tan(9*θm4)

所以，通過(guò)測(cè)量橋式電路的接點(diǎn)的輸出電壓vc1和vd1，并計(jì)算出vc1/vd1，然后進(jìn)行反正切計(jì)算等即可求出旋轉(zhuǎn)角度θm4。

在本實(shí)施例中，參照?qǐng)D8，通過(guò)時(shí)控電路控制信號(hào)采集電路的采樣節(jié)拍對(duì)反饋信號(hào)電壓vc1和vd1進(jìn)行采樣，并將結(jié)果輸出給角度計(jì)算電路，角度計(jì)算電路計(jì)算出vc1/vd1進(jìn)行反正切計(jì)算即可求出旋轉(zhuǎn)角度。

在本實(shí)施例里，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為9，機(jī)械角度(即旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)角度)θm4與電角度θe4的關(guān)系為θm4＝θe4/9。所以求得電角度θe4(即arctan(vc1/vd1))后除以9即可求出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度θm4。

令旋轉(zhuǎn)變壓器第二檢測(cè)線圈系統(tǒng)的定子檢測(cè)齒4105、4106、4107、4108上的線圈的電感分別為l4105、l4106、l4107、l4108。由圖8可以看出隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化，各定子齒與轉(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9。第二檢測(cè)線圈系統(tǒng)的定子檢測(cè)齒4105、4106、4107、4108上的線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm4變化可以分別表示為：

l4105＝l4+lm4*sin(9θm4)式(409)

l4106＝l4+lm4*sin(9θm4+90)式(410)

l4107＝l4+lm4*sin(9θm4+180)式(411)

l4108＝l4+lm4*sin(9θm4+270)式(412)

參照第二橋式電路：

由定子檢測(cè)齒4105上的線圈構(gòu)成的橋臂xac2的電感l(wèi)_ac2為：

l_ac2＝l4105＝l4+lm4*sin(9θm4)式(413)

由定子檢測(cè)齒4106上的線圈構(gòu)成的橋臂xad2的電感l(wèi)_ad2為：

l_ad2＝l4106＝l4+lm4*sin(9θm4+90)式(414)

由定子檢測(cè)齒4107上的線圈構(gòu)成的橋臂xbc2的電感l(wèi)_bc2為：

l_bc2＝l4107＝l4+lm4*sin(9θm4+180)式(415)

由定子檢測(cè)齒4108上的線圈構(gòu)成的橋臂xbd2的電感l(wèi)_bd2為：

l_bd2＝l4108＝l4+lm4*sin(9θm4+270)式(416)

由式(409)－式(416)可知，參照與第一實(shí)施例相同的計(jì)算方法，能夠得到連接點(diǎn)c2和d2處的輸出電壓vc2和vd2之間存在以下關(guān)系：

vc2/vd2＝tan(9*θm4)

所以，通過(guò)測(cè)量橋式電路的接點(diǎn)的輸出電壓vc2和vd2，并計(jì)算出vc2/vd2，然后進(jìn)行反正切計(jì)算即可求出旋轉(zhuǎn)角度θm4。

在本實(shí)施例中，參照?qǐng)D8，通過(guò)時(shí)控電路控制信號(hào)采集電路的采集節(jié)拍對(duì)反饋信號(hào)電壓vc2和vd2進(jìn)行采樣，并將結(jié)果輸出給角度計(jì)算電路，角度計(jì)算電路計(jì)算出vc2/vd2進(jìn)行反正切計(jì)算等即可求出旋轉(zhuǎn)角度。

在本實(shí)施例里，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為9，機(jī)械角度(即旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)角度)θm4與電角度θe4的關(guān)系為θm4＝θe4/9。所以求得電角度θe4(即arctan(vc2/vd2))后除以9即可求出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度θm4。

令旋轉(zhuǎn)變壓器第三檢測(cè)線圈系統(tǒng)的定子檢測(cè)齒4109、4110、4111、4112上的線圈的電感分別為l4109、l4110、l4111、l4112。由圖8可以看出隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化，各定子齒與轉(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9。第三檢測(cè)線圈系統(tǒng)的定子檢測(cè)齒4109、4110、4111、4112上的線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm4變化可以分別表示為：

l4109＝l4+lm4*sin(9θm4)式(417)

l4110＝l4+lm4*sin(9θm4+90)式(418)

l4111＝l4+lm4*sin(9θm4+180)式(419)

l4112＝l4+lm4*sin(9θm4+270)式(420)

參照第三橋式電路：

由定子檢測(cè)齒4109上的線圈構(gòu)成的橋臂xac3的電感l(wèi)_ac3為：

l_ac3＝l4109＝l4+lm4*sin(9θm4)式(421)

由定子檢測(cè)齒4110上的線圈構(gòu)成的橋臂xad3的電感l(wèi)_ad3為：

l_ad3＝l4110＝l4+lm4*sin(9θm4+90)式(422)

由定子檢測(cè)齒4111上的線圈構(gòu)成的橋臂xbc3的電感l(wèi)_bc3為：

l_bc3＝l4111＝l4+lm4*sin(9θm4+180)式(423)

由定子檢測(cè)齒4112上的線圈構(gòu)成的橋臂xbd3的電感l(wèi)_bd3為：

l_bd3＝l4112＝l4+lm4*sin(9θm4+270)式(424)

由式(417)－式(424)可知，參照與第一實(shí)施例相同的計(jì)算方法，能夠得到連接點(diǎn)c3和d3處的輸出電壓vc3和vd3之間存在以下關(guān)系：

vc3/vd3＝tan(9*θm4)

所以，通過(guò)測(cè)量橋式電路的接點(diǎn)的輸出電壓vc3和vd3，并計(jì)算出vc3/vd3，然后進(jìn)行反正切計(jì)算等即可求出旋轉(zhuǎn)角度θm4。

在本實(shí)施例中，參照?qǐng)D8，通過(guò)時(shí)控電路控制信號(hào)采集電路的采樣節(jié)拍對(duì)反饋信號(hào)電壓vc3和vd3進(jìn)行采樣，并將結(jié)果輸出給角度計(jì)算電路，角度計(jì)算電路計(jì)算出vc3/vd3進(jìn)行反正切計(jì)算等即可求出旋轉(zhuǎn)角度。

在本實(shí)施例里，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為9，機(jī)械角度(即旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)角度)θm4與電角度θe4的關(guān)系為θm4＝θe4/9。所以求得電角度θe4(即arctan(vc3/vd3))后除以9即可求出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度θm4。

本發(fā)明中，角度計(jì)算電路可以是具有反正切計(jì)算和除法計(jì)算的芯片。

由此可見(jiàn)，本實(shí)施例旋轉(zhuǎn)變壓器的三套檢測(cè)線圈系統(tǒng)繞在同一定子上，可以同時(shí)獨(dú)立檢測(cè)該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。該三套檢測(cè)線圈系統(tǒng)中，可以將一個(gè)或者兩個(gè)作為備用系統(tǒng)，在當(dāng)前工作的檢測(cè)線圈系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)啟用；也可以三個(gè)檢測(cè)線圈系統(tǒng)同時(shí)使用，檢測(cè)結(jié)果相互比較。上述兩種使用方式均可以極大地提高該旋轉(zhuǎn)變壓器的檢測(cè)可靠性，且由于三套檢測(cè)線圈系統(tǒng)處于共同的定子上，能夠節(jié)省使用的旋轉(zhuǎn)變壓器的個(gè)數(shù)，從而大大節(jié)省了檢測(cè)占用空間和成本。

第五實(shí)施例：

本實(shí)施例中，該角度檢測(cè)設(shè)備包括旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)和與其相連的信號(hào)處理裝置，每個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)包括至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器，各旋轉(zhuǎn)變壓器對(duì)應(yīng)連接一個(gè)信號(hào)處理裝置。從而，該角度檢測(cè)設(shè)備中，旋轉(zhuǎn)變壓器的數(shù)量與信號(hào)處理裝置的數(shù)量相同。本實(shí)施例中，該旋轉(zhuǎn)變壓器系統(tǒng)包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器(第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器)，本實(shí)施例中該角度檢測(cè)設(shè)備包括兩個(gè)信號(hào)處理裝置，分別連接第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器。這兩個(gè)信號(hào)處理裝置均與第一實(shí)施例中的信號(hào)處理裝置相同(在本發(fā)明中，也可以采用第二實(shí)施例或第三實(shí)施例中所述的信號(hào)處理裝置)。本實(shí)施例中，信號(hào)處理裝置中勵(lì)磁電路輸出的勵(lì)磁信號(hào)為正弦波信號(hào)(本發(fā)明中，也可以是矩形波信號(hào))。本實(shí)施例中，信號(hào)采集電路為信號(hào)采樣電路(本發(fā)明中，信號(hào)采集電路也可以是同步檢波電路)。

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)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為12，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為9。第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖10a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10b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10a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?lè)植家来螢?101a、5104a、5107a、5110a。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11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11中，橋式電路的橋臂xac1由定子檢測(cè)齒5101a上的線圈構(gòu)成，橋臂xad1由定子檢測(cè)齒5104a上的線圈構(gòu)成，橋臂xbc1由定子檢測(cè)齒5107a上的線圈構(gòu)成，橋臂xbd1由定子檢測(cè)齒5110a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)變壓器的引線801a、802a、803a和804a，其中引線801a和802a為第一旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁引線，引線803a和804a作為第一旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)引線引出。

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10b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?lè)植家来螢?101b、5102b、5103b、5104b、5105b、5106b、5107b、5108b、5109b、5110b、5111b、5112b。為了附圖的簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，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10b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11中靠近右側(cè)的為該橋式電路的電路圖。圖11中，該橋式電路的橋臂xac2由定子檢測(cè)齒5101b、5105b和5109b上的線圈串聯(lián)構(gòu)成，橋臂xad2由定子檢測(cè)齒5102b、5106b和5110b上的線圈串聯(lián)構(gòu)成，橋臂xbc2由定子檢測(cè)齒5103b、5107b和5111b上的線圈串聯(lián)構(gòu)成，橋臂xbd2由定子檢測(cè)齒5104b、5108b和5112b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)變壓器的引線801b、802b、803b和804b，其中引線801b和802b為第二旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁引線，引線803b和804b作為第二旋轉(zhuǎn)變壓器的信號(hào)引線引出。

本實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)原理如下：

對(duì)于第一旋轉(zhuǎn)變壓器，令定子檢測(cè)齒5101a、5104a、5107a、5110a上的線圈的電感分別為l501a、l504a、l507a和l510a。由圖10a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θm5的變化可以分別表示為

l501a＝l5a+lm5a*sin(θm5)式(501)

l504a＝l5a+lm5a*sin(θm5-90)式(502)

l507a＝l5a+lm5a*sin(θm5-180)式(503)

l510a＝l5a+lm5a*sin(θm5-270)式(504)

其中，l5a為第一旋轉(zhuǎn)變壓器中各電感的直流分量；

lm5a為第一旋轉(zhuǎn)變壓器中各電感的基波幅值；

θm5為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。

參照?qǐng)D11的橋式電路的電路圖，由定子檢測(cè)齒5101a上的線圈構(gòu)成的橋臂xac1的電感l(wèi)_ac1為：

l_ac1＝l501a＝l5a+lm5a*sin(θm5)式(505)

由定子檢測(cè)齒5104a上的線圈構(gòu)成的橋臂xad1的電感l(wèi)_ad1為：

l_ad1＝l504a＝l5a+lm5a*sin(θm5-90)式(506)

由定子檢測(cè)齒5107a上的線圈構(gòu)成的橋臂xbc1的電感l(wèi)_bc1為：

l_bc1＝l507a＝l5a+lm5a*sin(θm5-180)式(507)

由定子檢測(cè)齒5110a上的線圈構(gòu)成的橋臂xbd1的電感l(wèi)_bd1為：

l_bd1＝l510a＝l5a+lm5a*sin(θm5-270)式(508)

由式(501)－(508)可知，參照與第一實(shí)施例相同的計(jì)算方法，能夠得到連接點(diǎn)c1和d1處的輸出電壓vc1和vd1之間存在以下關(guān)系：

vc1/vd1＝tan(θm5)

所以，通過(guò)測(cè)量橋式電路的接點(diǎn)的輸出電壓vc1和vd1，并計(jì)算出vc1/vd1，然后進(jìn)行反正切計(jì)算等即可求出旋轉(zhuǎn)角度θm5。

在本實(shí)施例中，參照?qǐng)D8，通過(guò)時(shí)控電路控制信號(hào)采集電路的采樣節(jié)拍對(duì)反饋信號(hào)電壓vc1和vd1進(jìn)行采樣，并將結(jié)果輸出給角度計(jì)算電路，角度計(jì)算電路計(jì)算出vc1/vd1進(jìn)行反正切計(jì)算即可求出旋轉(zhuǎn)角度。

在本實(shí)施例里，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為1，機(jī)械角度(即旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)角度)θm5與電角度θe5的關(guān)系為θm5＝θe5。所以求得電角度θe5(即arctan(vc1/vd1))即求出了轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度θm5。

由此可見(jiàn)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5101b、5102b、5103b、5104b、5105b、5106b、5107b、5108b、5109b、5110b、5111b、5112b上的線圈的電感分別為l501b、l502b、l503b、l504b、l505b、l506b、l507b、l508b、l509b、l510b、l511b和l512b。由圖10b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θm5的變化可以分別表示為。

l501b＝l505b＝l509b＝l5b+lm5b*sin(9θm5)式(509)

l502b＝l506b＝l510b＝l5b+lm5b*sin(9θm5+90)式(510)

l503b＝l507b＝l511b＝l5b+lm5b*sin(9θm5+180)式(511)

l504b＝l508b＝l512b＝l5b+lm5b*sin(9θm5+270)式(512)

其中，l5b為第二旋轉(zhuǎn)變壓器的各電感的直流分量；

lm5b為第二旋轉(zhuǎn)變壓器的各電感的基波幅值。

參照?qǐng)D11所示的橋式電路圖，由定子檢測(cè)齒5101b、5105b和5109b上的線圈構(gòu)成的橋臂xac2的電感l(wèi)_ac2為：

l_ac2＝l501b+l505b+l509b＝3l5b+3lm5b*sin(9θm5)式(513)

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(wèi)_ad2為：

l_ad2＝l502b+l506b+l510b＝3l5b+3lm5b*sin(9θm5+90)式(514)

由定子檢測(cè)齒5103b、5107b和5111b上的線圈構(gòu)成的橋臂xbc2的電感l(wèi)_bc2為：

l_bc2＝l503b+l507b+l511b＝3l5b+3lm5b*sin(9θm5+180)式(515)

由定子檢測(cè)齒5104b、5108b和5112b上的線圈構(gòu)成的橋臂xbd2的電感l(wèi)_bd2為：

l_bd2＝l504b+l508b+l512b＝3l5b+3lm5b*sin(9θm5+270)式(516)

由式(509)-(516)可知，參照與第一實(shí)施例相同的計(jì)算方法，能夠得到連接點(diǎn)c2和d2處的輸出電壓vc2和vd2之間存在以下關(guān)系：

vc2/vd2＝tan(9*θm5)

所以，通過(guò)測(cè)量橋式電路的接點(diǎn)的輸出電壓vc2和vd2，并計(jì)算出vc2/vd2，然后進(jìn)行反正切計(jì)算即可求出旋轉(zhuǎn)角度θm5。

在本實(shí)施例中，參照?qǐng)D11，通過(guò)時(shí)控電路控制信號(hào)采集電路的采樣節(jié)拍對(duì)反饋信號(hào)電壓vc2和vd2進(jìn)行采樣，并將結(jié)果輸出給角度計(jì)算電路，角度計(jì)算電路計(jì)算出vc2/vd2進(jìn)行反正切計(jì)算等即可求出旋轉(zhuǎn)角度。

在本實(shí)施例里，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為9，機(jī)械角度(即旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)角度)θm5與電角度θe5的關(guān)系滿足θm5＝θe5/9。所以求得電角度θe5(即arctan(vc2/vd2))后除以9即可求出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度θm5。

由此可見(jiàn)，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。

本發(fā)明中，角度計(jì)算電路可以是具有反正切計(jì)算和除法計(jì)算的芯片。

在本發(fā)明中，當(dāng)該角度檢測(cè)設(shè)備包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的旋轉(zhuǎn)變壓器(至少第一旋轉(zhuǎn)變壓器和第二旋轉(zhuǎn)變壓器)時(shí)，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)?？梢赃x擇，第一旋轉(zhuǎn)變壓器的定子檢測(cè)齒數(shù)為4*m，m為正整數(shù)；第二旋轉(zhuǎn)變壓器中，定子檢測(cè)齒數(shù)為4*x，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為(y+1)；其中，x和y為正整數(shù)。

第六實(shí)施例：

本實(shí)施例中，角度檢測(cè)設(shè)備同樣包括旋轉(zhuǎn)變壓器和與其相連的信號(hào)處理裝置，其中信號(hào)處理裝置與第一實(shí)施例中信號(hào)處理裝置相同(本發(fā)明中，也可以采用與第二實(shí)施例或第三實(shí)施例相同的信號(hào)處理裝置)。本實(shí)施例中，信號(hào)處理裝置中勵(lì)磁電路輸出的勵(lì)磁信號(hào)為正弦波信號(hào)(本發(fā)明中，也可以是矩形波信號(hào))。

本實(shí)施例中，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5。圖12所示為該旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖。定子包括定子軛和定子檢測(cè)齒，定子檢測(cè)齒設(shè)置在定子軛上；定子軛所跨越的角度小于360度，轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心。定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心均采用硅鋼片沖壓形成。本實(shí)施例中，5個(gè)轉(zhuǎn)子凸極沿轉(zhuǎn)子鐵心表面圓周上均勻分布。4個(gè)定子檢測(cè)齒沿定子軛的圓周表面分布，4個(gè)定子檢測(cè)齒沿圓周順時(shí)針?lè)植家来螢?101、6102、6103、6104。定子檢測(cè)齒6101與定子檢測(cè)齒6102之間的夾角為18度，定子檢測(cè)齒6102與定子檢測(cè)齒6103之間的夾角為18度，定子檢測(cè)齒6103與定子檢測(cè)齒6104之間的夾角為18度；在每個(gè)定子檢測(cè)齒上有絕緣繞線骨架(圖12中未示出)。每個(gè)定子檢測(cè)齒上繞有1個(gè)線圈，在定子檢測(cè)齒6101的逆時(shí)針18度位置設(shè)有1個(gè)定子輔助齒6105，在定子檢測(cè)齒6104的順時(shí)針18度位置設(shè)有1個(gè)定子輔助齒6106。每個(gè)線圈匝數(shù)相同。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)施例中，共包括四組定子線圈。每組定子線圈包括1個(gè)線圈；四組定子線圈中，各組定子線圈的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以借用第一實(shí)施例中橋式電路的電路圖，即圖3。但是此時(shí)，橋式電路的橋臂xac由定子檢測(cè)齒6101上的線圈構(gòu)成，橋臂xad由定子檢測(cè)齒6102上的線圈構(gòu)成，橋臂xbc由定子檢測(cè)齒6103上的線圈構(gòu)成，橋臂xbd由定子檢測(cè)齒6104上的線圈構(gòu)成。從橋式電路的4個(gè)接點(diǎn)a、b、c、d處分別用4根引線引出作為旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線，其中兩根引出線為勵(lì)磁線，另外兩根引出線為信號(hào)線。

在本實(shí)施例里，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為5，通過(guò)與第一實(shí)施例中相似的計(jì)算能夠得到，機(jī)械角度(即旋轉(zhuǎn)角度)θm6與電角度θe6的關(guān)系為θm6＝θe6/5。所以求得電角度θe6(即arctan(vc/vd))后除以5即可求出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度θm5。

本實(shí)施例中，信號(hào)采集電路為信號(hào)采樣電路(本發(fā)明中，信號(hào)采集電路也可以是同步檢波電路)。本發(fā)明中，角度計(jì)算電路可以是具有反正切計(jì)算和除法計(jì)算的芯片。

除了具有第一實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)以外，本實(shí)施例還通過(guò)設(shè)置定子輔助齒(其上不纏繞線圈)，主動(dòng)避免磁耦合干擾的方式，大大優(yōu)化了旋轉(zhuǎn)變壓器的精度(若沒(méi)有設(shè)置定子輔助齒，最外側(cè)的定子檢測(cè)齒與內(nèi)側(cè)的定子檢測(cè)齒的磁阻會(huì)不一致，從而使得各定子檢測(cè)齒上線圈的電感的基波幅值和直流分量不一致，對(duì)檢測(cè)精度造成不利影響)，同時(shí)提高了其快速響應(yīng)性能，簡(jiǎn)化了旋轉(zhuǎn)變壓器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。定子輔助齒設(shè)置在定子檢測(cè)齒的外側(cè)。定子輔助齒的材料為導(dǎo)磁材料。定子輔助齒上不纏繞線圈。

上述各實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)變壓器中，轉(zhuǎn)子均布置在定子的內(nèi)部。在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)子也可以布置在定子的外部。

上述各實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)變壓器中，均設(shè)置轉(zhuǎn)子凸極的形狀，以使得每個(gè)線圈的電感的變化部分隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化成正弦波變化。在本發(fā)明中，也可以設(shè)置轉(zhuǎn)子凸極的形狀，以使得每個(gè)線圈的電感的變化部分隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化成三角波變化。

本發(fā)明角度檢測(cè)設(shè)備提出了一種能夠?yàn)殡姼惺叫D(zhuǎn)變壓器，尤其是僅具有四根引線(兩根為勵(lì)磁引線，兩根為信號(hào)引線)的電感式旋轉(zhuǎn)變壓器提供有效的信號(hào)處理的技術(shù)，能夠有效地對(duì)電感式旋轉(zhuǎn)變壓器進(jìn)行勵(lì)磁和采樣以及旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算，得到較為精確的旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)角度。

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)用本發(fā)明。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，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。