專利名稱：斜面導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子及使用該轉(zhuǎn)子的磁阻式單極旋轉(zhuǎn)變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有斜面導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子及使用這種轉(zhuǎn)子的磁阻式變壓器。
背景技術(shù)：
用于測角的傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)變壓器，其輸入輸出繞組分別置于轉(zhuǎn)子和定子上，
為實現(xiàn)無刷化，需要加一個耦合變壓器，這樣就增加了其結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)雜度； 而另一種游標(biāo)式旋轉(zhuǎn)變壓器，兩種繞組都在定子上，實現(xiàn)了無刷化，但是這 種旋轉(zhuǎn)變壓器的極對數(shù)很多(一般極對數(shù)的值都大于32)，并且要采用結(jié)構(gòu) 復(fù)雜的正弦繞組才能夠正常運行。上述兩種旋轉(zhuǎn)變壓器在用于極對數(shù)較少的 多極角度測量時，特別是在用于無刷直流電動機轉(zhuǎn)子位置傳感器時，都不是 理想的元件。目前該領(lǐng)域普遍采用不等氣隙磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器解決上述問題， 但對于單對極的不等氣隙磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器來講，依然存在精度較差的問題， 尤其是系統(tǒng)偏心等帶來的問題較為嚴(yán)重。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有用于測角的旋轉(zhuǎn)變壓器存在的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、測量精度 較差且不適用于極數(shù)較少的角度測量的問題，提供一種斜面導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子及 使用該轉(zhuǎn)子的磁阻式單極旋轉(zhuǎn)變壓器。本發(fā)明的環(huán)套形的轉(zhuǎn)子由導(dǎo)磁材料和 不導(dǎo)磁材料組成，轉(zhuǎn)子的軸向兩端為不導(dǎo)磁材料，位于轉(zhuǎn)子軸向中間處的導(dǎo) 磁材料為兩個平行平面切割圓套體所形成的斜短套。
使用本發(fā)明內(nèi)容所述的斜面導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子的磁阻式單極旋轉(zhuǎn)變壓器包括 定子和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子與定子同心設(shè)置，轉(zhuǎn)子的外表面與定子的內(nèi)表面之間設(shè)有 氣隙，本發(fā)明的變壓器還包括第一繞組、第二繞組和勵磁繞組，定子的內(nèi)表 面沿圓周方向開有通槽，在定子的內(nèi)表面圓周上均勻設(shè)置有4N個凸齒，其 中N代表自然數(shù)，每相鄰的N個凸齒為一組繞組齒，共組成四組繞組齒，第 一繞組和第二繞組分別間隔地纏繞在每組繞組齒的凸齒上，第一繞組和第二 繞組為正交繞組，勵磁繞組設(shè)置在定子的通槽中。
有益效果本發(fā)明的轉(zhuǎn)子采用斜面導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)，可以使氣隙磁通發(fā)生正弦變化，進而達到兩相正交信號繞組的感應(yīng)電勢的正、余弦變化要求；本發(fā)明 的磁阻式變壓器通過兩組正交繞組的設(shè)置可以盡量控制剩余電勢的恒定分 量，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了測量精度，并可用于系統(tǒng)絕對位置測量。
圖l是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的定子軸向剖面圖；圖 3是本發(fā)明的磁阻式變壓器的俯視圖；圖4是本發(fā)明的定子與轉(zhuǎn)子的軸向剖 面示意圖；屈5是本發(fā)明的勵磁繞組的纏繞方式示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一參見圖l，本實施方式的環(huán)套形的轉(zhuǎn)子2由導(dǎo)磁材料
2-1和不導(dǎo)磁材料2-2組成，轉(zhuǎn)子2的軸向兩端為不導(dǎo)磁材料2-2，位于轉(zhuǎn)子 2軸向中間處的導(dǎo)磁材料2-1為兩個平行平面切割圓套體所形成的斜短套。
本實施方式的轉(zhuǎn)子2的形狀與傳統(tǒng)磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器中的轉(zhuǎn)子形狀不相 同，轉(zhuǎn)子2的材料由導(dǎo)磁和不導(dǎo)磁的兩部分疊壓成形，所述導(dǎo)磁材料2-l可 以為硅鋼片疊加結(jié)構(gòu)、釙鏌合金或軟磁鐵氧體，所述非導(dǎo)磁材料2-2可以為 鋁合金材料。
具體實施方式
二參見圖3和圖4，本實施方式的磁阻式單極旋轉(zhuǎn)變壓 器由定子l、轉(zhuǎn)子2、第一繞組4、第二繞組5和勵磁繞組6組成，轉(zhuǎn)子2與 定子1同心設(shè)置，轉(zhuǎn)子2的外表面與定子1的內(nèi)表面之間設(shè)有氣隙3，定子1 的內(nèi)表面沿圓周方向開有通槽1-2，在定子1的內(nèi)表面圓周上均勻設(shè)置有4N 個凸齒l-l，其中N代表自然數(shù)，每相鄰的N個凸齒1-1為一組繞組齒，共 組成四組繞組齒，第一繞組4和第二繞組5分別間隔地纏繞在每組繞組齒的 凸齒1-1上，第一繞組4和第二繞組5為正交繞組，勵磁繞組6設(shè)置在定子 1的通槽1-2中。
在本實施方式的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)中，定子l由三段硅鋼片疊壓 制成，轉(zhuǎn)子2與定子1的一個凸齒1-1的耦合面積S是轉(zhuǎn)子2同時與定子1 的凸齒1-1耦合的面積之和。該斜面式磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器是一對極的，機械 周期等于電周期，轉(zhuǎn)子2每轉(zhuǎn)過一個機械周期，耦合面積S周期性變化一次。 因此，就能夠得出轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動一個機械周期時，耦合面積S將按照余弦規(guī)律 周期性變化一次。定子1和轉(zhuǎn)子2之間的耦合面積S可以表示為下式，與轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)角成
嚴(yán)格的余弦函數(shù)關(guān)系
S = X.cos["(/-
由上面的分析容易得到每個定子1的凸齒1-1的氣隙磁導(dǎo)變化公式為 A, //0 7 = A ~~j~ = C, cos[^ + (z —1)7]
每個定子1的凸齒1-1的激磁磁通量為
27T，
<z5,=C2-CoS["(,-l)7]
定子1的勵磁繞組6可以是嵌在定子1中的一個等匝集中繞組，因此當(dāng) 輸入的勵磁電壓不變化時，勵磁磁動勢就會不變化。根據(jù)正余弦繞組采用等 匝集中的連接方式，可以計算出正余弦繞組分別匝鏈的磁鏈為
/=4
=10
將凸齒1-1的激磁磁通量分別帶入正余弦繞組分別匝鏈的磁鏈中，得到
于是信號繞組的輸出電勢可以表示為
^-, = 一^一，=—一 必 &
其幅值可以表示為 1
根據(jù)幅值的公式可以將本實施方式的變壓器用于角度測量或角度傳感器 元件，并可根據(jù)測量要求確定N的值，由于采用單對極結(jié)構(gòu)可以測出被測轉(zhuǎn) 子的絕對零位。
具體實施方式
三參見圖2，本實施方式在具體實施方式
二的基礎(chǔ)上進
一步限定了每個所述凸齒1-1都由上齒1-1-1和下齒1-1-2組成，第一繞組4 和第二繞組5都以分別纏繞每個凸齒1-1的上齒1-1-1和下齒1-1-2后再纏繞 相鄰的一個凸齒1-1的方式纏繞。
與正交信號的A相連接的第一繞組4纏繞在一個繞組齒上以后再與相隔 一個繞組齒的另一組繞組齒串聯(lián)，與正交信號的B相連接的第二繞組5在一 個繞組齒上以后再與相隔一個繞組齒的另一組繞組齒串聯(lián)，兩組繞組分別代 表N極和S極。
具體實施方式
四本實施方式在具體實施方式
二的基礎(chǔ)上進一步限定了 所述第一繞組4和第二繞組5在每個凸齒1-1上纏繞的匝數(shù)相同。
具體實施方式
五本實施方式在具體實施方式
二的基礎(chǔ)上進一步限定了 所述轉(zhuǎn)子2的導(dǎo)磁材料2-l的厚度與上齒1-1-1的高度相等。
具體實施方式
六本實施方式在具體實施方式
二的基礎(chǔ)上進一步限定了所
述氣隙3的寬度均勻。寬度均勻的氣隙設(shè)置能夠提高測量精度。
具體實施方式
七本實施方式在具體實施方式
二的基礎(chǔ)上進一步限定了所
述上齒1-1-1和下齒1-1-2的長度相等。
具體實施方式
八參見圖5，本實施方式在具體實施方式
二的基礎(chǔ)上進一
步限定了所述勵磁繞組6為集中式繞組，勵磁繞組6與定子1的軸向垂直設(shè)置。 勵磁繞組6的設(shè)置方式可以盡量大的削弱電勢波中的恒定分量。
本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅限于上述各具體實施方式
的內(nèi)容，其中一個或幾個具體實施方式
的組合同樣可以實現(xiàn)發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1、斜面導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子，環(huán)套形的轉(zhuǎn)子(2)由導(dǎo)磁材料(2-1)和不導(dǎo)磁材料(2-2)組成，其特征在于轉(zhuǎn)子(2)的軸向兩端為不導(dǎo)磁材料(2-2)，位于轉(zhuǎn)子(2)軸向中間處的導(dǎo)磁材料(2-1)為兩個平行平面切割圓套體所形成的斜短套。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜面導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子，其特征在于所述導(dǎo)磁材料 (2-l)為硅鋼片疊加結(jié)構(gòu)，所述非導(dǎo)磁材料(2-2)為鋁合金材料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜面導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子，其特征在于所述導(dǎo)磁材料 (2-l)為釙鏌合金或軟磁鐵氧體。
4、 使用權(quán)利要求1所述的斜面導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子的磁阻式單極旋轉(zhuǎn)變壓器， 它包括定子(1)和轉(zhuǎn)子(2)，轉(zhuǎn)子(2)與定子(1)同心設(shè)置，轉(zhuǎn)子(2)的外表面與定子(1) 的內(nèi)表面之間設(shè)有氣隙(3)，其特征在于它還包括第一繞組(4)、第二繞組(5) 和勵磁繞組(6)，定子(l)的內(nèi)表面沿圓周方向開有通槽(l-2)，在定子(l)的內(nèi)表 面圓周上均勻設(shè)置有4N個凸齒(1-1)，其中N代表自然數(shù)，每相鄰的N個凸 齒(l-l)為一組繞組齒，共組成四組繞組齒，第一繞組(4)和第二繞組(5)分別間 隔地纏繞在每組繞組齒的凸齒(l-l)上，第一繞組(4)和第二繞組(5)為正交繞組， 勵磁繞組(6)設(shè)置在定子(l)的通槽(l-2)中。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁阻式單極旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征在于每個所述 凸齒(l-l)都由上齒(l-l-l)和下齒(l-l-2)組成，第一繞組(4)和第二繞組(5)都以分 別纏繞每個凸齒(1-1)的上齒(1-1-1)和下齒(1-1-2)后再纏繞相鄰的一個凸齒(1-1) 的方式纏繞。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁阻式單極旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征在于所述第一 繞組(4)和第二繞組(5)在每個凸齒(1-1)上纏繞的匝數(shù)相同。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁阻式單極旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征在于所述轉(zhuǎn)子(2) 的導(dǎo)磁材料(2-1)的厚度與上齒(1-1-1)的高度相等。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁阻式單極旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征在于所述氣隙(3) 的寬度均勻。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁阻式單極旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征在于所述上齒 (l-l-l)和下齒(l-l-2)的長度相等。
10、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁阻式單極旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征在于所述勵磁 繞組(6)為集中式繞組，勵磁繞組(6)與定子(1)的軸向垂直設(shè)置。
全文摘要
斜面導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子及使用該轉(zhuǎn)子的磁阻式單極旋轉(zhuǎn)變壓器，它涉及一種具有斜面導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子基使用這種轉(zhuǎn)子的磁阻式單極無刷旋轉(zhuǎn)變壓器，以解決現(xiàn)有用于測角的旋轉(zhuǎn)變壓器存在的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、測量精度較差且不適用于極數(shù)較少的角度測量的問題。轉(zhuǎn)子的軸向兩端為不導(dǎo)磁材料，位于轉(zhuǎn)子軸向中間處的導(dǎo)磁材料為兩個平行平面切割圓套體所形成的斜短套；定子的內(nèi)表面沿圓周方向開有通槽，在定子的內(nèi)表面圓周上均勻設(shè)置有4N個凸齒，每相鄰的N個凸齒為一組繞組齒，第一繞組和第二繞組分別間隔地纏繞在每組繞組齒的凸齒上，第一繞組和第二繞組為正交繞組，勵磁繞組設(shè)置在定子的通槽中。本發(fā)明用于角度測量或角度傳感器元件，可以測出被測轉(zhuǎn)子的絕對零位。
文檔編號H02K1/22GK101425372SQ20081013688
公開日2009年5月6日 申請日期2008年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日
發(fā)明者劉承軍, 靜 尚, 謙 徐, 胡建輝, 鄒繼斌, 陸永平 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)