消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器及信號繞組繞線方法
【專利摘要】消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器及信號繞組繞線方法，屬于變壓器【技術(shù)領(lǐng)域】，以解決徑向磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器精度低，體積隨極對數(shù)的增加而增大問題。定子與轉(zhuǎn)子間具有不相等的氣隙，定子的內(nèi)表面沿軸向加工有2NP個定子槽和2NP個定子齒，勵磁繞組安放在2NP個定子槽中，且逐個定子槽反向串聯(lián)，粗機正、余弦信號繞組以及精機正、余弦信號繞組分四層設(shè)置并按正弦規(guī)律纏繞于2NP個定子齒上。對于粗機正弦信號繞組，任意選取一個過定子軸線且不與定子齒相交的平面一，沿順時針將2NP個定子齒均分成兩組；第一組沿逆時針繞線，第二組沿順時針繞線；粗機正、余弦信號繞組相差90°電角度。本發(fā)明用于旋轉(zhuǎn)編碼器無法正常工作的場合。
【專利說明】消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器及信號繞組繞線方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器及信號繞組繞線方法，屬于變壓器【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器是近年來快速發(fā)展的一種旋轉(zhuǎn)變壓器，目前廣泛應(yīng)用的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器是不等氣隙磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器?，F(xiàn)有的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器通常采用徑向的磁路結(jié)構(gòu)，勵磁和信號繞組均放置在定子齒上，轉(zhuǎn)子采用凸極結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的徑向磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器不僅精度相對較低，而且體積隨極對數(shù)的增加也有顯著增大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器及信號繞組繞線方法，以解決現(xiàn)有的徑向磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器精度低，體積隨極對數(shù)的增加而增大，應(yīng)用領(lǐng)域受限的問題。
[0004]實現(xiàn)上述目的，采取的技術(shù)方案如下:
[0005]本發(fā)明的消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器，包括定子、轉(zhuǎn)子、勵磁繞組、粗機正弦信號繞組、粗機余弦信號繞組、精機正弦信號繞組及精機余弦信號繞組，定子為圓筒形狀；定子與轉(zhuǎn)子之間具有不相等的氣隙，定子的內(nèi)表面沿軸向加工有2NP個定子槽和2NP個定子齒，2NP個定子槽沿定子的內(nèi)表面圓周均布設(shè)置，相鄰兩個定子槽之間為所述的定子齒；其中，N為自然數(shù)，N的取值范圍為2?15，P為轉(zhuǎn)子極對數(shù)；勵磁繞組安放在2NP個定子槽中，且逐個定子槽反向串聯(lián)，勵磁繞組分布于各定子槽中的匝數(shù)相等；粗機正弦信號繞組按正弦規(guī)律纏繞于2NP個定子齒的同一層上；粗機余弦信號繞組按正弦規(guī)律纏繞于2NP個定子齒的同一層上；精機正弦信號繞組按正弦規(guī)律纏繞于2NP個定子齒的同一層上；精機余弦信號繞組按正弦規(guī)律纏繞于2NP個定子齒的同一層上；且粗機正弦信號繞組、粗機余弦信號繞組、精機正弦信號繞組及精機余弦信號繞組分四層設(shè)置。
[0006]本發(fā)明的消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器信號繞組繞線方法，所述的方法包括下述步驟:
[0007]步驟一、對于粗機正弦信號繞組而言，任意選取一個過定子的軸線且不與定子齒相交的平面一，并以該平面一為基準(zhǔn)，沿順時針方向?qū)?NP個定子齒按照粗機正弦相均分成兩組；第一組中的相鄰的NP個定子齒沿逆時針方向繞線，第二組中的相鄰的NP個定子齒沿順時針方向繞線；
[0008]步驟二、對于粗機余弦信號繞組而言，任意選取一個過定子的軸線且不與定子齒相交的平面二，并以該平面二為基準(zhǔn)，沿順時針方向?qū)?NP個定子齒按照粗機余弦相均分成兩組；第一組中的相鄰的NP個定子齒沿逆時針方向繞線，第二組中的相鄰的NP個定子齒沿順時針方向繞線；粗機余弦信號繞組與粗機正弦信號繞組相位上相差90°電角度；
[0009]步驟三、對于精機正弦信號繞組而言，以平面一為基準(zhǔn)，沿順時針方向?qū)?NP個定子齒均分為P部分，由平面一的基準(zhǔn)位置開始沿順時針方向?qū)⒌谝徊糠?N個定子齒按照精機正弦相均分為兩組，第一組相鄰的N個定子齒逆時針方向繞線，第二組相鄰的N個定子齒順時針方向繞線；精機正弦信號繞組其他的P-1部分繞線方式與第一部分相同；
[0010]步驟四、對于精機余弦信號繞組而言，以平面三為基準(zhǔn)，沿順時針方向?qū)?NP個定子齒均分為P部分，由平面三的基準(zhǔn)位置開始沿順時針方向?qū)⒌谝徊糠?N個定子齒按照精機余弦相均分為兩組，第一組相鄰的N個定子齒逆時針方向繞線，第二組相鄰的N個定子齒順時針方向繞線；精機余弦信號繞組其他的P-1部分繞線方式與第一部分相同；精機余弦信號繞組與精機正弦信號繞組相位上相差90°電角度。
[0011]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0012]1、本發(fā)明的消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器作為一種伺服系統(tǒng)的速度以及位置傳感器，可以大幅度提高鐵心利用率，提高旋轉(zhuǎn)變壓器精度，同時提供絕對零位。
[0013]2、精機部分與粗機部分共用同一套勵磁繞組，共用同一磁通路徑。其磁阻變化采用改變磁路耦合面積的原理。精機部分正余弦信號繞組為不等匝繞組，粗機部分的正余弦信號繞組同樣也為不等匝繞組，并都是按正弦規(guī)律排線，正、余弦信號繞組纏繞于不同繞線層。這種特殊的形式簡單，可以廣泛應(yīng)用于多種工業(yè)領(lǐng)域。
[0014]3、本發(fā)明提出的消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器是一種可靠性高的位置傳感器，具有高精度，小體積等優(yōu)點，適用于高溫、嚴(yán)寒、潮濕、高速、高震動等旋轉(zhuǎn)編碼器無法正常工作的場合，在未來的位置檢測方面具有廣泛的發(fā)展空間。
[0015]4、本發(fā)明的方法可以有效地降低諧波誤差含量，從而在已有的磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器基礎(chǔ)上提高測量精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器的粗機部分與精機部分的正余弦信號繞組匝數(shù)分布圖；圖中E指代精機正弦相，F(xiàn)指代精機余弦相，M指代粗機正弦相，G指代粗機余弦相，黑色區(qū)域表示為所對應(yīng)信號繞組的匝數(shù)值；
[0018]圖3為消諧波式粗精耦合徑向磁路旋變的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)合成示意圖，圖中用X指代的圖表達(dá)的是P1 = P，其中P1表示一對極轉(zhuǎn)子；用Y指代的圖表達(dá)的是P2 = 1，其中P2表示多對極轉(zhuǎn)子；用Z指代的圖表達(dá)的是P1與P2合成結(jié)構(gòu)。
[0019]圖中公開的部件名稱及標(biāo)號如下:
[0020]轉(zhuǎn)子1、定子2、氣隙3、粗機正弦信號繞組4、粗機余弦信號繞組5、精機正弦信號繞組6、精機余弦信號繞組7、勵磁繞組8、平面三9、平面二 10、平面一 11、定子槽12、定子齒13。

【具體實施方式】
[0021]【具體實施方式】一:如圖1、圖3所示，消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器，包括定子2、轉(zhuǎn)子1、勵磁繞組8、粗機正弦信號繞組4、粗機余弦信號繞組5、精機正弦信號繞組6及精機余弦信號繞組7，定子2為圓筒形狀；定子2與轉(zhuǎn)子I之間具有不相等的氣隙3，定子2的內(nèi)表面沿軸向加工有2NP個定子槽12和2NP個定子齒13，2NP個定子槽12沿定子2的內(nèi)表面圓周均布設(shè)置，相鄰兩個定子槽12之間為所述的定子齒13 ;其中，N為自然數(shù)，N的取值范圍為2?15，P為轉(zhuǎn)子I極對數(shù)；勵磁繞組8安放在2NP個定子槽12中，且逐個定子槽12反向串聯(lián)，勵磁繞組8分布于各定子槽12中的匝數(shù)相等；粗機正弦信號繞組4按正弦規(guī)律纏繞于2NP個定子齒13的同一層上；粗機余弦信號繞組5按正弦規(guī)律纏繞于2NP個定子齒13的同一層上；精機正弦信號繞組6按正弦規(guī)律纏繞于2NP個定子齒13的同一層上；精機余弦信號繞組7按正弦規(guī)律纏繞于2NP個定子齒13的同一層上；且粗機正弦信號繞組4、粗機余弦信號繞組5、精機正弦信號繞組6及精機余弦信號繞組7分四層設(shè)置(即不在同一層上)。
[0022]所述的轉(zhuǎn)子I由導(dǎo)磁材料制成。
[0023]所述的轉(zhuǎn)子I為徑向凸極結(jié)構(gòu)，徑向凸極結(jié)構(gòu)是一對極的正弦波形與P對極的正弦波形沿轉(zhuǎn)子I軸向疊加的合成結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)粗精耦合作用。
[0024]所述的定子2為由數(shù)個硅鋼片疊壓成的圓筒形狀的鐵心。此結(jié)構(gòu)可有效地降低損耗。
[0025]所述的粗機正弦信號繞組4的總匝數(shù)與粗機余弦信號繞組5總匝數(shù)相等；精機正弦信號繞組6的總匝數(shù)與精機余弦信號繞組7的總匝數(shù)相等。保證粗機正、余弦信號繞組的輸出電勢幅值相等以及精機正、余弦信號繞組的輸出電勢幅值相等。
[0026]【具體實施方式】二:如圖1、圖2所示，【具體實施方式】一所述的消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器信號繞組繞線方法，所述的方法包括下述步驟:
[0027]步驟一、對于粗機正弦信號繞組4而言，任意選取一個過定子2的軸線且不與定子齒13相交的平面一 11，并以該平面一 11為基準(zhǔn)，沿順時針方向?qū)?NP個定子齒13按照粗機正弦相M均分成兩組；第一組中的相鄰的NP個定子齒13沿逆時針方向繞線，第二組中的相鄰的NP個定子齒13沿順時針方向繞線；
[0028]步驟二、對于粗機余弦信號繞組5而言，任意選取一個過定子2的軸線且不與定子齒13相交的平面二 10，并以該平面二 10為基準(zhǔn)，沿順時針方向?qū)?NP個定子齒13按照粗機余弦相G均分成兩組；第一組中的相鄰的NP個定子齒13沿逆時針方向繞線，第二組中的相鄰的NP個定子齒13沿順時針方向繞線；粗機余弦信號繞組5與粗機正弦信號繞組4相位上相差90°電角度；
[0029]步驟三、對于精機正弦信號繞組6而言，以平面一 11為基準(zhǔn)，沿順時針方向?qū)?NP個定子齒13均分為P部分，由平面一 11的基準(zhǔn)位置開始沿順時針方向?qū)⒌谝徊糠?N個定子齒13按照精機正弦相E均分為兩組，第一組相鄰的N個定子齒13逆時針方向繞線，第二組相鄰的N個定子齒13順時針方向繞線；精機正弦信號繞組6其他的P-1部分繞線方式與第一部分相同；
[0030]步驟四、對于精機余弦信號繞組7而言，以平面三9為基準(zhǔn)，沿順時針方向?qū)?NP個定子齒13均分為P部分，由平面三9的基準(zhǔn)位置開始沿順時針方向?qū)⒌谝徊糠?N個定子齒13按照精機余弦相F均分為兩組，第一組相鄰的N個定子齒13逆時針方向繞線，第二組相鄰的N個定子齒13順時針方向繞線；精機余弦信號繞組7其他的P-1部分繞線方式與第一部分相同；精機余弦信號繞組7與精機正弦信號繞組6相位上相差90°電角度。
[0031]【具體實施方式】三:【具體實施方式】二所述的消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器信號繞組繞線方法，所述的方法中，
[0032]粗機正弦信號繞組4的匝數(shù)分布為

(A jr\
[0033]=^1-Sin i
11{NP)
[0034]粗機余弦信號繞組5的匝數(shù)分布為
「 ? rxr ?.(Α?π π\(zhòng)
[0035]W7 -Q, sin —---
2、 [NP 2 J
[0036]精機正弦信號繞組6的匝數(shù)分布為
[0037]W3
[0038]精機余弦信號繞組7的匝數(shù)分布為
?.(Α,π π Λ
[0039]W4 =04 sin ■-—-

V N 2P J
[0040]式中，Wp W2、W3、W4分別為一個定子齒13上粗機正弦信號繞組4、粗機余弦信號繞組5、精機正弦信號繞組6、精機余弦信號繞組7的匝數(shù)，mi的值要求取整
W3、W4為負(fù)值時表示反向繞線；Q1、Q2、Q3、Q4分別為預(yù)取粗機正弦信號繞組4、粗機余弦信號繞組5、精機正弦信號繞組6、精機余弦信號繞組7匝數(shù)的幅值，Q1、Q2、Q3、Q4的單位為匝；仏、A2分別為粗機正弦信號繞組4和粗機余弦信號繞組5中距平面一 11和平面二 10的定子齒13個數(shù)；A3、A4分別為精機正弦信號繞組4和精機余弦信號繞組5中距平面一 11和平面三9的定子齒13個數(shù)夂與A2的取值范圍均為O?2NP，A3與A4的取值范圍均為O?2N。
【權(quán)利要求】
1.一種消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器，包括定子(2)、轉(zhuǎn)子(I)、勵磁繞組(8)、粗機正弦信號繞組(4)、粗機余弦信號繞組(5)、精機正弦信號繞組(6)及精機余弦信號繞組(7)，定子(2)為圓筒形狀；其特征是:定子(2)與轉(zhuǎn)子(I)之間具有不相等的氣隙(3)，定子(2)的內(nèi)表面沿軸向加工有2NP個定子槽(12)和2NP個定子齒(13)，2NP個定子槽(12)沿定子(2)的內(nèi)表面圓周均布設(shè)置，相鄰兩個定子槽(12)之間為所述的定子齒(13)；其中，N為自然數(shù)，N的取值范圍為2?15，P為轉(zhuǎn)子⑴極對數(shù)；勵磁繞組⑶安放在2NP個定子槽(12)中，且逐個定子槽(12)反向串聯(lián)，勵磁繞組(8)分布于各定子槽(12)中的匝數(shù)相等；粗機正弦信號繞組(4)按正弦規(guī)律纏繞于2NP個定子齒(13)的同一層上；粗機余弦信號繞組(5)按正弦規(guī)律纏繞于2NP個定子齒(13)的同一層上；精機正弦信號繞組(6)按正弦規(guī)律纏繞于2NP個定子齒(13)的同一層上；精機余弦信號繞組(7)按正弦規(guī)律纏繞于2NP個定子齒(13)的同一層上；且粗機正弦信號繞組(4)、粗機余弦信號繞組(5)、精機正弦信號繞組(6)及精機余弦信號繞組(7)分四層設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征是:所述的轉(zhuǎn)子(I)由導(dǎo)磁材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征是:所述的轉(zhuǎn)子(I)為徑向凸極結(jié)構(gòu)，徑向凸極結(jié)構(gòu)是一對極的正弦波形與P對極的正弦波形沿轉(zhuǎn)子(I)軸向疊加的合成結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征是:所述的定子(2)為由數(shù)個硅鋼片疊壓成的圓筒形狀的鐵心。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器，其特征是:所述的粗機正弦信號繞組(4)的總匝數(shù)與粗機余弦信號繞組(5)總匝數(shù)相等；精機正弦信號繞組(6)的總匝數(shù)與精機余弦信號繞組(7)的總匝數(shù)相等。
6.一種權(quán)利要求5所述的消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器信號繞組繞線方法，其特征是:所述的方法包括下述步驟: 步驟一、對于粗機正弦信號繞組(4)而言，任意選取一個過定子(2)的軸線且不與定子齒(13)相交的平面一(11)，并以該平面一(11)為基準(zhǔn)，沿順時針方向?qū)?NP個定子齒(13)按照粗機正弦相M均分成兩組；第一組中的相鄰的NP個定子齒(13)沿逆時針方向繞線，第二組中的相鄰的NP個定子齒(13)沿順時針方向繞線； 步驟二、對于粗機余弦信號繞組(5)而言，任意選取一個過定子(2)的軸線且不與定子齒(13)相交的平面二(10)，并以該平面二(10)為基準(zhǔn)，沿順時針方向?qū)?NP個定子齒(13)按照粗機余弦相G均分成兩組；第一組中的相鄰的NP個定子齒(13)沿逆時針方向繞線，第二組中的相鄰的NP個定子齒(13)沿順時針方向繞線；粗機余弦信號繞組(5)與粗機正弦信號繞組(4)相位上相差90°電角度； 步驟三、對于精機正弦信號繞組(6)而言，以平面一(11)為基準(zhǔn)，沿順時針方向?qū)?NP個定子齒(13)均分為P部分，由平面一(11)的基準(zhǔn)位置開始沿順時針方向?qū)⒌谝徊糠?N個定子齒(13)按照精機正弦相E均分為兩組，第一組相鄰的N個定子齒(13)逆時針方向繞線，第二組相鄰的N個定子齒(13)順時針方向繞線；精機正弦信號繞組(6)其他的P-1部分繞線方式與第一部分相同； 步驟四、對于精機余弦信號繞組(7)而言，以平面三(9)為基準(zhǔn)，沿順時針方向?qū)?NP個定子齒(13)均分為P部分，由平面三(9)的基準(zhǔn)位置開始沿順時針方向?qū)⒌谝徊糠?N個定子齒(13)按照精機余弦相F均分為兩組，第一組相鄰的N個定子齒(13)逆時針方向繞線，第二組相鄰的N個定子齒(13)順時針方向繞線；精機余弦信號繞組(7)其他的P-1部分繞線方式與第一部分相同；精機余弦信號繞組(7)與精機正弦信號繞組(6)相位上相差90°電角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的消諧波粗精耦合徑向磁路旋轉(zhuǎn)變壓器信號繞組繞線方法，其特征是:
式中，WpWyWy W4分別為一個定子齒(13)上粗機正弦信號繞組(4)、粗機余弦信號繞組(5)、精機正弦信號繞組(6)、精機余弦信號繞組(7)的匝數(shù)，WpWyWpW4的值要求取整；W1, W2、W3> W4為負(fù)值時表示反向繞線；Q1、Q2> Q3> Q4分別為預(yù)取粗機正弦信號繞組⑷、粗機余弦信號繞組(5)、精機正弦信號繞組(6)、精機余弦信號繞組(7)匝數(shù)的幅值，Q1, Q2, Q3、Q4的單位為匝A2分別為粗機正弦信號繞組(4)和粗機余弦信號繞組(5)中距平面一(11)和平面二(10)的定子齒(13)個數(shù)；A3、A4分別為精機正弦信號繞組(4)和精機余弦信號繞組(5)中距平面一(11)和平面三(9)的定子齒(13)個數(shù)夂與^的取值范圍均為O?2NP，A3與A4的取值范圍均為O?2N。
【文檔編號】H02K3/12GK104200972SQ201410474882
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】尚靜, 王昊, 齊明, 劉承軍, 趙猛, 胡建輝, 鄒繼斌, 劉雪緣 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)