本發(fā)明屬于檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種變壓器和旋轉(zhuǎn)體，尤其是旋轉(zhuǎn)變壓器和旋轉(zhuǎn)體。

背景技術(shù)：

電動(dòng)汽車、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?，F(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)變壓器，尤其是電感式旋轉(zhuǎn)變壓器中，相近的定子齒上的繞組之間存在磁耦合現(xiàn)象，繞組中的位置信號(hào)容易受到其他繞組的磁耦合的影響，容易造成信號(hào)失真，影響位置檢測(cè)的精度。當(dāng)前，對(duì)該干擾的解決方案是被動(dòng)性的，即在該干擾產(chǎn)生后，在其后續(xù)連接的信號(hào)處理電路中進(jìn)行去耦合處理和/或從算法上進(jìn)行去耦合計(jì)算來(lái)抑制該磁耦合的影響，但是這些方法都會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的延遲，不利于檢測(cè)系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能，同時(shí)也大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種旋轉(zhuǎn)變壓器，以主動(dòng)避免磁耦合干擾，優(yōu)化旋轉(zhuǎn)變壓器的精度和快速響應(yīng)性能，簡(jiǎn)化旋轉(zhuǎn)變壓器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種旋轉(zhuǎn)變壓器，包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子具有定子檢測(cè)齒，所述轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子凸極；所述旋轉(zhuǎn)變壓器還包括線圈，每個(gè)所述線圈繞在所述定子檢測(cè)齒上；所述定子還包括定子解耦齒，以減小或消除繞有線圈的不同的定子檢測(cè)齒之間的磁通干擾。

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一致；優(yōu)選地，所述材料為導(dǎo)磁材料。

定子檢測(cè)齒數(shù)為4*K，在每個(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，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N；其中，K和N均為正整數(shù)，并且N/K不等于偶數(shù)，并且當(dāng)K等于3*R且R為正整數(shù)時(shí)，N不等于2*R的正整數(shù)倍。

每個(gè)所述定子檢測(cè)齒上最多繞1個(gè)所述線圈；所述旋轉(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)線圈的電感隨所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化；四組定子線圈組成具有四個(gè)接點(diǎn)的電路，由四個(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，另外兩根引出線為信號(hào)線。

每個(gè)所述線圈在所在定子檢測(cè)齒上的相對(duì)位置相同；每個(gè)所述線圈的匝數(shù)相同，每個(gè)所述線圈的電感的直流分量相等，每個(gè)所述線圈的電感的幅值相等；每組所述定子線圈中的線圈分布相同。

所述定子檢測(cè)齒數(shù)為4，所述定子解耦齒數(shù)為4，所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于偶數(shù)；優(yōu)選地，所述定子檢測(cè)齒數(shù)為4，所述定子解耦齒數(shù)為4，所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為3。

或者，所述定子檢測(cè)齒數(shù)為8，在每個(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，所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于4的整數(shù)倍。優(yōu)選地，所述定子檢測(cè)齒數(shù)為8，所述定子解耦齒數(shù)為8，所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為10。

或者，所述定子檢測(cè)齒數(shù)為12，在每個(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，所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于2的整數(shù)倍。

或者，所述定子檢測(cè)齒數(shù)為16，在每個(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，所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于8的整數(shù)倍。

或者，所述定子檢測(cè)齒數(shù)為20，在每個(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，所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于10的整數(shù)倍。

或者，所述定子檢測(cè)齒數(shù)為24，在每個(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，所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于4的整數(shù)倍。

或者，所述定子檢測(cè)齒數(shù)為28，在每個(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，所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于14的整數(shù)倍。

或者，所述定子檢測(cè)齒數(shù)為32，在每個(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，所述轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于16的整數(shù)倍。

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，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)變壓器具有定子機(jī)殼、端蓋、軸承和轉(zhuǎn)軸；所述定子包括定子鐵心，所述定子鐵心安裝在所述定子機(jī)殼上；所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心，所述轉(zhuǎn)子鐵心安裝在所述轉(zhuǎn)軸上，與整個(gè)所述轉(zhuǎn)子共同旋轉(zhuǎn)。

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。

一種具有上述旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(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；所述旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(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)變壓器檢測(cè)所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角度。

所述旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(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)變壓器的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)變壓器固定在所述旋轉(zhuǎn)體本體的端部；所述旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(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。

上述旋轉(zhuǎn)體本體為電動(dòng)機(jī)。

由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明旋轉(zhuǎn)變壓器和具有這種旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)體提出了一種主動(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，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)。

附圖說(shuō)明

圖1為一不帶定子解耦齒的旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖；

圖2為圖1中旋轉(zhuǎn)變壓器的磁通分布示意圖；

圖3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4為本發(fā)明第一實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例中橋式電路的電路圖；

圖6為本發(fā)明第一實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器的磁通分布示意圖；

圖7為本發(fā)明第二實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖；

圖8為本發(fā)明第三實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明第四實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中：11-18、定子檢測(cè)齒；21-28、線圈；101-108：線圈；1101-1108、定子檢測(cè)齒；2、定子；3、轉(zhuǎn)子；4、轉(zhuǎn)軸；5、軸承；6、定子機(jī)殼；701～702、端蓋；801～804、引出線；9、定子解耦齒；2101-2104、定子檢測(cè)齒；301、旋轉(zhuǎn)變壓器與電動(dòng)機(jī)共用的機(jī)殼；302、旋轉(zhuǎn)變壓器的定子；303、電動(dòng)機(jī)的定子；304、旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子鐵心；305、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心；306、轉(zhuǎn)軸；3071～3072、端蓋；308、軸承；3091～3094、旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線；3010、電動(dòng)機(jī)的引線；3011、旋轉(zhuǎn)變壓器線圈；3012、電動(dòng)機(jī)線圈；401、旋轉(zhuǎn)變壓器；402、電動(dòng)機(jī)；403、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸；404、旋轉(zhuǎn)變壓器引出線；405、電動(dòng)機(jī)引線；406、螺釘。

具體實(shí)施方式

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

通常，旋轉(zhuǎn)變壓器中通過(guò)信號(hào)處理電路來(lái)抑制磁耦合現(xiàn)象帶來(lái)的信號(hào)干擾，盡量提高旋轉(zhuǎn)變壓器檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。圖1所示為一旋轉(zhuǎn)變壓器的定轉(zhuǎn)子的截面示意圖。該旋轉(zhuǎn)變壓器中設(shè)有8個(gè)定子檢測(cè)齒(圖1中附圖標(biāo)記11-18所示)，每個(gè)定子檢測(cè)齒上設(shè)置有一個(gè)線圈，各線圈相同。

當(dāng)該旋轉(zhuǎn)變壓器工作時(shí)，各線圈的電感隨旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化，通過(guò)信號(hào)處理電路可檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)角度。但是，由于各線圈中有電流通過(guò)，各線圈的電流在各自纏繞的定子檢測(cè)齒上產(chǎn)生磁通，并通過(guò)相鄰的定子檢測(cè)齒形成閉合回路。根據(jù)磁路原理，磁通的大部分經(jīng)過(guò)相鄰的定子檢測(cè)齒形成閉合回路。為了說(shuō)明簡(jiǎn)單，忽略流入相鄰線圈以外的磁通及漏感，則各線圈電流產(chǎn)生的磁通在定子檢測(cè)齒中的路徑如圖2所示。令Φ1是由線圈21中電流產(chǎn)生的磁通，Φ2是由線圈22中電流產(chǎn)生的磁通，……，Φ8是由線圈28中電流產(chǎn)生的磁通。由此可以看出，線圈21中電流產(chǎn)生的磁通Φ1交鏈相鄰線圈22和線圈28形成閉合回路，線圈22中電流產(chǎn)生的磁通Φ2交鏈相鄰線圈23和線圈21形成閉合回路，……，線圈28中電流產(chǎn)生的磁通Φ8交鏈相鄰線圈21和線圈27形成閉合回路。

令Ψ1為線圈21的總磁鏈，Ψ2為線圈22的總磁鏈，……，Ψ8為線圈28的總磁鏈，各線圈的總磁鏈可表示為：

Ψ1＝L100*i1+M12*i2+M18*i8

Ψ2＝L200*i2+M23*i3+M12*i1

……

Ψ8＝L800*i8+M18*i1+M78*i7

其中：M12為線圈21與線圈22間的互感，M23為線圈22與線圈23間的互感，……，M18為線圈21與線圈28間的互感；

i1、i2、……、i8分別為線圈21、線圈22、……、線圈28的電流；

L100、L200、……、L800分別為線圈21、線圈22、……、線圈28的電感。

從而，可以求得各線圈的電壓(V1、V2、……、V8分別為線圈21、線圈22、……、線圈28的電壓)為：

V1＝dΨ1/dt

＝L100*di1/dt+d(M12*i2+M18*i8)/dt

＝L100*di1/dt+ε1

V2＝dΨ2/dt

＝L200*di2/dt+d(M23*i3+M12*i1)/dt

＝L200*di2/dt+ε2

……

V8＝dΨ8/dt

＝L800*di8/dt+d(M18*i1+M78*i7)/dt

＝L800*di8/dt+ε8

其中：

ε1＝d(M12*i2+M18*i8)/dt

ε2＝d(M23*i3+M12*i1)/dt

……

ε8＝d(M18*i1+M78*i7)/dt

其中，ε1、ε2、……、ε8分別代表線圈21、線圈22、……、線圈28中信號(hào)電壓中的磁耦合影響成分；t表示時(shí)間。

由以上各線圈的信號(hào)電壓可以看出，信號(hào)電壓不僅與本線圈的電感和電流有關(guān)，還受到相鄰線圈的互感和相鄰線圈的電流產(chǎn)生的磁耦合作用的影響。若要保證檢測(cè)精度，就要在信號(hào)處理電路中對(duì)ε1、ε2、……、ε8部分進(jìn)行補(bǔ)償處理，因此系統(tǒng)會(huì)變得復(fù)雜，成本會(huì)提高。為了實(shí)現(xiàn)低成本，通常忽略ε1、ε2、……、ε8的影響，而這種方式大大降低了精度，所以這種旋轉(zhuǎn)變壓器一般只適用于精度要求不高的用途。

本發(fā)明提出了一種能夠有效解決上述問(wèn)題的旋轉(zhuǎn)變壓器。該旋轉(zhuǎn)變壓器包括定子和轉(zhuǎn)子，定子具有定子檢測(cè)齒和定子解耦齒，轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子凸極。該旋轉(zhuǎn)變壓器還包括線圈，每個(gè)線圈繞在定子檢測(cè)齒上。在每個(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。定子解耦齒的長(zhǎng)度最長(zhǎng)不能抵達(dá)接觸轉(zhuǎn)子的位置。定子解耦齒的形狀可以與定子檢測(cè)齒的形狀相同，也可以不同。定子解耦齒的設(shè)置，尤其是其數(shù)量、位置和形狀的選擇，盡可能地減小或消除繞有線圈的不同的定子檢測(cè)齒之間的磁通干擾。

定子解耦齒的材料與定子檢測(cè)齒和定子本體的材料一致，均為導(dǎo)磁材料。優(yōu)選地，定子檢測(cè)齒數(shù)為4*K，在每個(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，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N；其中，K和N均為正整數(shù)，并且N/K不等于偶數(shù)，并且當(dāng)K等于3*R且R為正整數(shù)時(shí)，N不等于2*R的正整數(shù)倍。每個(gè)線圈在所在定子檢測(cè)齒上的相對(duì)位置相同；每個(gè)線圈的匝數(shù)相同，每個(gè)線圈的電感的直流分量相等，每個(gè)線圈的電感的幅值相等；每個(gè)定子線圈中的線圈分布相同。

因此，在本發(fā)明旋轉(zhuǎn)變壓器中，可選擇設(shè)置定子檢測(cè)齒數(shù)為4，定子解耦齒數(shù)為4，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于偶數(shù)；尤其可選擇設(shè)置定子檢測(cè)齒數(shù)為4，定子解耦齒數(shù)為4，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為3；可選擇設(shè)置定子檢測(cè)齒數(shù)為8，在每個(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，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于4的整數(shù)倍；尤其可選擇設(shè)置定子檢測(cè)齒數(shù)為8，定子解耦齒數(shù)為8，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為10；可選擇設(shè)置定子檢測(cè)齒數(shù)為12，在每個(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，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于2的整數(shù)倍；可選擇設(shè)置定子檢測(cè)齒數(shù)為16，在每個(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，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于8的整數(shù)倍；可選擇設(shè)置定子檢測(cè)齒數(shù)為20，在每個(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，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于10的整數(shù)倍；可選擇設(shè)置定子檢測(cè)齒數(shù)為24，在每個(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，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于4的整數(shù)倍；可選擇定子檢測(cè)齒數(shù)為28，在每個(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，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于14的整數(shù)倍；可選擇設(shè)置定子檢測(cè)齒數(shù)為32，在每個(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，轉(zhuǎn)子凸極數(shù)為N，并且N不等于16的整數(shù)倍。

第一實(shí)施例：

第一實(shí)施例中，K取值為2，N取值為10，從而該旋轉(zhuǎn)變壓器具有8個(gè)定子檢測(cè)齒、8個(gè)定子解耦齒和10個(gè)轉(zhuǎn)子凸極。圖3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。圖3中附圖標(biāo)記9表示定子解耦齒，附圖標(biāo)記1101-1108分別表示8個(gè)定子檢測(cè)齒。每?jī)蓚€(gè)定子檢測(cè)齒之間設(shè)置有一個(gè)定子解耦齒，從而定子檢測(cè)齒和定子解耦齒交替分布。8個(gè)定子解耦齒的材料與定子檢測(cè)齒和定子本體相同，均為導(dǎo)磁材料。本實(shí)施例中，每個(gè)定子解耦齒布置在相鄰的定子檢測(cè)齒之間的正中央位置處。定子解耦齒最長(zhǎng)不能抵達(dá)接觸轉(zhuǎn)子的位置。

定子包括定子鐵心，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，8個(gè)定子檢測(cè)齒沿定子鐵心均勻分布；10個(gè)轉(zhuǎn)子凸極沿轉(zhuǎn)子鐵心的圓周在其外圓上均勻分布，8個(gè)定子解耦齒設(shè)置在定子檢測(cè)齒之間沿定子鐵心均勻分布。

圖4所示為整個(gè)該旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。該旋轉(zhuǎn)變壓器包括定子2、轉(zhuǎn)子3、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、四根引出線801、802、803、804。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3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2的內(nèi)圓中心線一致。在四根引出線801、802、803、804中，引出線801和802為勵(lì)磁線，引出線803和804為信號(hào)線。

每個(gè)定子檢測(cè)齒上有絕緣繞線骨架(圖3中未示出)。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)齒上共有8個(gè)線圈沿圓周分布，8個(gè)定子檢測(cè)齒沿圓周順時(shí)針?lè)植家来螢?101、1102、1103、1104、1105、1106、1107、1108。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，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)線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。每組定子線圈中各線圈的電感的相位相等；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90度。四組定子線圈組成橋式電路，圖5所示為該橋式電路的電路圖。圖5中，橋式電路的橋臂X_AC由定子檢測(cè)齒1101、1105上的線圈構(gòu)成，橋臂X_AD由定子檢測(cè)齒1102、1106上的線圈構(gòu)成，橋臂X_BC由定子檢測(cè)齒1103、1107上的線圈構(gòu)成，橋臂X_BD由定子檢測(cè)齒1104、1108上的線圈構(gòu)成。同一橋臂中的電感的基波相位相等，橋式電路的4個(gè)連接節(jié)點(diǎn)A、B、C、D分別用4根引線引出作為旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線801、802、803和804，其中引出線801和802為勵(lì)磁線，引出線803和804為信號(hào)線。

該旋轉(zhuǎn)變壓器工作時(shí)各線圈有電流通過(guò)并在各線圈中產(chǎn)生磁通。根據(jù)磁路原理，磁通分布主要經(jīng)過(guò)該線圈與相鄰解耦齒形成閉合磁路，其示意圖如圖6所示。定子檢測(cè)齒1101-1108上的線圈分別為101、102、103、104、105、106、107、108。由于上述定子檢測(cè)齒和線圈的分布有規(guī)律，按照順時(shí)針依次標(biāo)記，因此在圖6中未一一標(biāo)出，僅給出兩個(gè)示例。

令Ψ101為線圈101的總磁鏈、Ψ102為線圈102的總磁鏈、……、Ψ108為線圈108的總磁鏈，則各線圈的總磁鏈可表示為

Ψ101＝L101*i101

Ψ102＝L102*i102

……

Ψ108＝L108*i108

其中，L101、L102、……、L108分別為線圈101、102、……、108的電感；i101、i102、……、i108分別為線圈101、102、……、108的電流。

各線圈的信號(hào)電壓可表示為：

V101＝dΨ101/dt＝L101*di101/dt

V102＝dΨ102/dt＝L102*di102/dt

……

V108＝dΨ108/dt＝L108*di108/dt

其中，V101、V102、……、V108分別為線圈101、102、……、108的電壓；t為時(shí)間。

可見(jiàn)各線圈的磁鏈只與本線圈的電感和電流有關(guān)，而與其他線圈的電流無(wú)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了解除線圈之間磁耦合的作用，在各線圈信號(hào)電壓中也消除了相鄰線圈的電流的影響，使測(cè)試系統(tǒng)處理簡(jiǎn)單容易，精度大大提高。

本實(shí)施例中，正弦波位置信號(hào)產(chǎn)生的原理如下：

令定子檢測(cè)齒1101、1102、1103、1104、1105、1106、1107、1108上的線圈的電感分別為L(zhǎng)101、L102、L103、L104、L105、L106、L107、L108。由圖3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10。為了闡述方便，忽略電感的高次諧波，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＝L105＝L1+Lm₁*sin(10θm₁) 式(101)

L102＝L106＝L1+Lm₁*sin(10θm₁-90) 式(102)

L103＝L107＝L1+Lm₁*sin(10θm₁-180) 式(103)

L104＝L108＝L1+Lm₁*sin(10θm₁-270) 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。

由此，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)1周，各線圈的電感的基波變化10次。

參照?qǐng)D5的橋式電路圖，由定子檢測(cè)齒1101、1105上的線圈構(gòu)成的橋臂X_AC的電感L_AC為：

L_AC＝L101+L105＝2L1+2Lm₁*sin(10θm₁) 式(105)

由定子檢測(cè)齒1102、1106上的線圈構(gòu)成的橋臂X_AD的電感L_AD為：

L_AD＝L102+L106＝2L1+2Lm₁*sin(10θm₁-90) 式(106)

由定子檢測(cè)齒1103、1107上的線圈構(gòu)成的橋臂X_BC的電感L_BC為：

L_BC＝L103+L107＝2L1+2Lm₁*sin(10θm₁-180) 式(107)

由定子檢測(cè)齒1104、1108上的線圈構(gòu)成的橋臂X_BD的電感L_BD為：

L_BD＝L104+L108＝2L1+2Lm₁*sin(1θm₁-270) 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，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)C和接點(diǎn)D的輸出電壓是相位差90度的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm₁的正弦信號(hào)，即能夠得到關(guān)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm₁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。

由于設(shè)置了定子解耦齒，因此實(shí)際測(cè)得電壓值與上述各式中理論上計(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)到的旋轉(zhuǎn)角度的精度大大提高。

第二實(shí)施例：

第二實(shí)施例中，K取值為1，N取值為3，從而該旋轉(zhuǎn)變壓器具有4個(gè)定子檢測(cè)齒、4個(gè)定子解耦齒和3個(gè)轉(zhuǎn)子凸極。圖7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。定子包括定子鐵心，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，4個(gè)定子檢測(cè)齒沿定子鐵心均勻分布；3個(gè)轉(zhuǎn)子凸極沿轉(zhuǎn)子鐵心的圓周在其外圓上均勻分布，4個(gè)定子解耦齒設(shè)置在定子檢測(cè)齒之間沿定子鐵心均勻分布。每個(gè)定子解耦齒布置在相鄰的兩個(gè)定子檢測(cè)齒之間正中央的位置。

每個(gè)定子檢測(cè)齒上有絕緣繞線骨架(圖7中未示出)。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)齒上共有4個(gè)線圈沿圓周分布，4個(gè)定子檢測(cè)齒沿圓周順時(shí)針?lè)植家来螢?101、2102、2103、2104。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，該旋轉(zhuǎn)變壓器的構(gòu)造在除了上述內(nèi)容以外的部分與第一實(shí)施例類似，因此其這些構(gòu)造可以參考第二實(shí)施例的圖4。

本實(shí)施例中，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)線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化。每組定子線圈中各線圈的電感的相位相等；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參考第二實(shí)施例中的圖5。但是此時(shí)，橋式電路的橋臂X_AC由定子檢測(cè)齒2101上的線圈構(gòu)成，橋臂X_AD由定子檢測(cè)齒2102上的線圈構(gòu)成，橋臂X_BC由定子檢測(cè)齒2103上的線圈構(gòu)成，橋臂X_BD由定子檢測(cè)齒2104上的線圈構(gòu)成。同一橋臂中的電感的基波相位相等，橋式電路的4個(gè)連接節(jié)點(diǎn)A、B、C、D分別用4根引線引出作為旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線801、802、803和804，其中引出線801和802為勵(lì)磁線，引出線803和804為信號(hào)線。

本實(shí)施例中，正弦波位置信號(hào)產(chǎn)生的原理如下：

令定子檢測(cè)齒2101、2102、2103、2104上的線圈的電感分別為L(zhǎng)201、L202、L203、L204。由圖5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3。為了闡述方便，忽略電感的高次諧波，各線圈的電感隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm₂的變化可以分別表示為

L201＝L2+Lm₂*sin(3θm₂) 式(201)

L202＝L2+Lm₂*sin(3θm₂-90) 式(202)

L203＝L2+Lm₂*sin(3θm₂-180) 式(203)

L204＝L2+Lm₂*sin(3θm₂-270) 式(204)

其中，L2為各電感的直流分量；

Lm₂為各電感的基波幅值，

θm₂為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。

由此，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)1周，各線圈的電感的基波變化3次。

參照?qǐng)D5的橋式電路圖，由定子檢測(cè)齒2101上的線圈構(gòu)成的橋臂X_AC的電感L_AC為：

L_AC＝L201＝L2+Lm₂*sin(3θm₂) 式(205)

由定子檢測(cè)齒2102上的線圈構(gòu)成的橋臂X_AD的電感L_AD為：

L_AD＝L202＝L2+Lm₂*sin(3θm₂-90) 式(206)

由定子檢測(cè)齒2103上的線圈構(gòu)成的橋臂X_BC的電感L_BC為：

L_BC＝L203＝L2+Lm₂*sin(3θm₂-180) 式(207)

由定子檢測(cè)齒2104上的線圈構(gòu)成的橋臂X_BD的電感L_BD為：

L_BD＝L204＝L2+Lm₂*sin(3m₂-270) 式(208)

觀察式(201)-式(208)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)C和接點(diǎn)D的輸出電壓是相位差90度的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm₂的正弦信號(hào)，即能夠得到關(guān)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度θm₂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θm₂。

由于設(shè)置了定子解耦齒，因此實(shí)際測(cè)得的電壓值與上述各式中理論上計(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)到的旋轉(zhuǎn)角度的精度大大提高。

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，在本發(fā)明中，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。

上述實(shí)施例中，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。

本發(fā)明中，旋轉(zhuǎn)變壓器尤其為基于電感測(cè)量的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器。

本發(fā)明還提出了一種具有上述旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)體。該旋轉(zhuǎn)體包括旋轉(zhuǎn)體本體和上述旋轉(zhuǎn)變壓器。其中，旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)動(dòng)角度與旋轉(zhuǎn)體本體的轉(zhuǎn)動(dòng)角度成規(guī)則的關(guān)系，因此能夠由旋轉(zhuǎn)變壓器檢測(cè)的角度得到旋轉(zhuǎn)體本體的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

第三實(shí)施例：

第三實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)體本體為電動(dòng)機(jī)。圖8所示為本實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8中，301表示旋轉(zhuǎn)變壓器與電動(dòng)機(jī)共用的機(jī)殼，302表示旋轉(zhuǎn)變壓器的定子，旋轉(zhuǎn)變壓器的定子302安裝在與電動(dòng)機(jī)共用的機(jī)殼301上；303表示電動(dòng)機(jī)的定子；304表示旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子鐵心，305表示電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心，旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子鐵心304與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心305一同旋轉(zhuǎn)；306表示轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子鐵心304安裝在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸306上，從而旋轉(zhuǎn)變壓器與電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)動(dòng)；3071、3072分別表示前后端蓋；308表示軸承，保證轉(zhuǎn)子相對(duì)定子順暢轉(zhuǎn)動(dòng)；3091、3092、3093、3094表示旋轉(zhuǎn)變壓器的引出線，3091和3092為勵(lì)磁引線，3093和3094為信號(hào)引線；3010表示電動(dòng)機(jī)的引線；3011表示旋轉(zhuǎn)變壓器線圈；3012表示電動(dòng)機(jī)線圈。本實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)體為由旋轉(zhuǎn)變壓器與電動(dòng)機(jī)本體構(gòu)成一體的一體式電動(dòng)機(jī)。

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)。圖9所示為本實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9中，401表示旋轉(zhuǎn)變壓器，402表示電動(dòng)機(jī)，403表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸，404表示旋轉(zhuǎn)變壓器引出線，405表示電動(dòng)機(jī)引線，406為螺釘。本實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)變壓器401安裝在電動(dòng)機(jī)本體402的端部，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸403與旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸用聯(lián)軸節(jié)連接同步旋轉(zhuǎn)(圖9中未示出)。由此可見(jiàn)，本實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)體為旋轉(zhuǎn)變壓器與電動(dòng)機(jī)本體構(gòu)成的分體式結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明旋轉(zhuǎn)變壓器和具有這種旋轉(zhuǎn)變壓器的旋轉(zhuǎn)體提出了一種主動(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，同時(shí)提高了其快速響應(yīng)性能；此外，這種主動(dòng)避免磁耦合干擾的方式使得后續(xù)連接的信號(hào)處理電路能夠得以簡(jiǎn)化，進(jìn)而簡(jiǎn)化了旋轉(zhuǎn)變壓器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

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)。