带有冗余绕组的共励磁粗精耦合磁阻式旋转变压器.pdf

《带有冗余绕组的共励磁粗精耦合磁阻式旋转变压器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《带有冗余绕组的共励磁粗精耦合磁阻式旋转变压器.pdf（9页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 103617881 A (43)申请公布日 2014.03.05 CN 103617881 A (21)申请号 201310669414.9 (22)申请日 2013.12.10 H01F 38/18(2006.01) H01F 27/28(2006.01) H02K 3/12(2006.01) H02K 1/22(2006.01) (71)申请人 哈尔滨工业大学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街 92 号 (72)发明人 尚静 王昊 李婷婷 刘承军 江善林 赵猛 赵博 王骞 (54) 发明名称 带有冗余绕组的共励磁粗精耦合磁阻式旋转 变压器 (5。

2、7) 摘要 带有冗余绕组的共励磁粗精耦合磁阻式旋转 变压器， 它涉及带有冗余绕组的共励磁粗精耦合 磁阻式旋转变压器的技术领域。它的目的是为了 解决目前用于测角的旋转变压器所存在的结构复 杂、 误差较大等问题。它的绕制规则为 ： 按次序 将定子上每相邻的 N 个上齿与对应的 N 个下齿作 为一组绕组齿， 组成 4P 组绕组齿， 第一精机正弦 信号绕组、 第二精机正弦信号绕组和第一精机余 弦信号绕组、 第二精机余弦信号绕组分别间隔地 缠绕在上述 4P 组绕组齿上， 按同极同相的方式 缠绕， 且同相同极的信号绕组正向串联， 同相异极 的信号绕组反向串联。本发明的励磁绕组和两相 信号绕组的空间位置相差。

3、 90， 两者的耦合面积 小， 分布电容小、 信号绕组的剩余电势小， 从而减 小了精度误差。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103617881 A CN 103617881 A 1/1 页 2 1. 带有冗余绕组的共励磁粗精耦合磁阻式旋转变压器， 其特征在于它是由圆环型转子 (1)、 定子 (2)、 第一精机正弦信号绕组 (4)、 第二精机正弦信号绕组 (4-1)、 第一精机余弦信 号绕组(5)、 第二精机余弦信号绕组(5-1)。

4、、 第一励磁绕组(6)、 第二励磁绕组(6-1)、 第一粗 机正弦信号绕组 (7)、 第二粗机正弦信号绕组 (7-1)、 第一粗机余弦信号绕组 (8)、 第二粗机 余弦信号绕组 (8-1) 组成 ； 圆环型转子 (1) 套在定子 (2) 外侧， 圆环型转子 (1) 内圆面与定子 (2) 的外圆面之间 有气隙(3) ； 所述圆环型转子(1)由第一圆环(1-1)、 第二圆环(1-2)、 第三圆环(1-3)组成 ； 第一圆环 (1-1) 一个端面与第二圆环 (1-2) 的一个端面对接， 第二圆环 (1-2) 的另一个端 面与第三圆环 (1-3) 的一个端面对接， 所述第二圆环 (1-2) 为波浪形圆。

5、环 ； 第二圆环 (1-2) 的材料为导磁材料， 第一圆环 (1-1) 和第三圆环 (1-3) 的材料为非导磁材料 ； 所述定子 (2) 外表面上沿轴向开有 4N 个齿槽 (2-2)， 定子 (2) 外表面的中部沿圆周方向上开有一个通环 槽 (2-3)， 且通环槽 (2-3) 底面直径与齿槽 (2-2) 的底面直径相同 ； 通过齿槽 (2-2) 和通环 槽 (2-3) 对定子 (2) 外圆面的分割， 而在定子 (2) 的外面上形成均匀排列 4N 个上齿 (2-1) 与 4N 个下齿 (2-4) ； 所述第一精机正弦信号绕组 (4)、 第二精机正弦信号绕组 (4-1)、 第一 精机余弦信号绕组 。

6、(5) 和第二精机余弦信号绕组 (5-1) 的绕制规则为 ： 按次序将定子 (2) 上每相邻的N个上齿(2-1)与所对应的N个下齿(2-4)作为一组绕组齿， 组成4P组绕组齿， 第一精机正弦信号绕组 (4)、 第二精机正弦信号绕组 (4-1) 和第一精机余弦信号绕组 (5)、 第二精机余弦信号绕组(5-1)分别间隔地缠绕在上述4P组绕组齿上， 按同极同相的方式缠 绕， 且同相同极的信号绕组正向串联， 同相异极的信号绕组反向串联 ； 所述第一粗机正弦信 号绕组 (7)、 第二粗机正弦信号绕组 (7-1)、 第一粗机余弦信号绕组 (8) 和第二粗机余弦信 号绕组 (8-1) 的的绕制规则为 ： 按。

7、次序将定子 (2) 上每相邻的 NP 个上齿 (2-1) 与所对应的 NP 个下齿 (2-4) 作为一组绕组齿， 组成 (4) 组绕组齿， 第一粗机正弦信号绕组 (7)、 第二粗 机正弦信号绕组(7-1)和第一粗机余弦信号绕组(8)、 第二粗机余弦信号绕组(8-1)分别间 隔地缠绕在上述 (4) 组绕组齿上， 按同极同相的方式缠绕， 且同相同极的信号绕组正向串 联， 同相异极的信号绕组反向串联。 2. 根据权利要求 1 所述的带有冗余绕组的共励磁粗精耦合磁阻式旋转变压器， 其特征 在于所述第一正弦信号绕组 (4)、 第二正弦信号绕组 (4-1)、 第一余弦信号绕组 (5)、 第二余 弦信号绕组。

8、 (5-1)、 第一励磁绕组 (6)、 第二励磁绕组 (6-1) 采用内外分布方式设置。 3. 根据权利要求 1 所述的带有冗余绕组的共励磁粗精耦合磁阻式旋转变压器， 其特征 在于所述第一励磁绕组 (6)、 第二励磁绕组 (6-1) 采用为集中绕组， 绕组匝数相同， 且线型 相同。 4. 根据权利要求 1 所述的带有冗余绕组的共励磁粗精耦合磁阻式旋转变压器， 其特征 在于所述上齿 (2-1) 和下齿 (2-4) 与两者之间的通环槽 (2-3) 沿定子 (2) 轴向上的长度相 等。 5. 根据权利要求 1 所述的带有冗余绕组的共励磁粗精耦合磁阻式旋转变压器， 其特征 在于所述第二圆环 (1-2)。

9、 的具体形状为特定正弦函数形状的导磁圆环。 权 利 要 求 书 CN 103617881 A 2 1/4 页 3 带有冗余绕组的共励磁粗精耦合磁阻式旋转变压器 技术领域 0001 本发明涉及一种带有冗余绕组的共励磁粗精耦合磁阻式旋转变压器的技术领域。 背景技术 0002 传统的绕线式旋转变压器， 由于有滑环或者耦合变压器的存在使得其体积增大、 可靠性降低。 磁阻式旋转变压器解决了传统绕线式旋变励磁结构复杂的难题， 具有无接触、 结构简单、 耐用可靠的优点， 近年来得到了迅速的发展。纵观国内外旋变文献及产品， 现有 的磁阻式旋转变压器大多采用径向式磁路结构， 通过改变气隙长度来改变气隙磁导。当气。

10、 隙长度变大时， 会使旋转变压器的输出阻抗大幅减小， 并且受负载影响较大。同时， 由于转 子使用凸极结构使得径向磁路磁阻式旋转变压器的体积很大， 不适合在狭小空间中应用。 使应用范围变小。磁阻式旋转变压器属于一种控制电机， 主要用于坐标变换、 三角运算、 角 度传输等。它的输出电压随转子转角呈正弦函数或余弦函数变化。传统的旋转变压器由接 触式旋转变压器发展到带耦合变压器的旋转变压器， 再到游标式旋转变压器， 尽管逐渐地 实现了无刷化， 但结构仍比较复杂， 误差较大， 不利于高精度测量。 发明内容 0003 本发明的目的是为了解决目前用于测角的旋转变压器所存在的结构复杂、 误差较 大等问题， 而。

11、提供一种带有冗余绕组的共励磁粗精耦合磁阻式旋转变压器。 0004 所述的目的是通过以下方案实现的 ： 所述的一种带有冗余绕组的共励磁粗精耦合 磁阻式旋转变压器， 是由圆环型转子、 定子、 第一精机正弦信号绕组、 第二精机正弦信号绕 组、 第一精机余弦信号绕组、 第二精机余弦信号绕组、 第一励磁绕组、 第二励磁绕组、 第一粗 机正弦信号绕组、 第二粗机正弦信号绕组、 第一粗机余弦信号绕组、 第二粗机余弦信号绕组 组成 ； 0005 圆环型转子套在定子外侧， 圆环型转子内圆面与定子的外圆面之间有气隙 ； 所述 圆环型转子由第一圆环、 第二圆环、 第三圆环组成 ； 第一圆环一个端面与第二圆环的一个端。

12、 面对接， 第二圆环的另一个端面与第三圆环的一个端面对接， 所述第二圆环为波浪形圆环 ； 第二圆环的材料为导磁材料， 第一圆环和第三圆环的材料为非导磁材料 ； 所述定子外表面 上沿轴向开有 4N 个齿槽， 定子外表面的中部沿圆周方向上开有一个通环槽， 且通环槽底面 直径与齿槽的底面直径相同 ； 通过齿槽和通环槽对定子外圆面的分割， 而在定子的外面上 形成均匀排列 4N 个上齿与 4N 个下齿 ； 所述第一精机正弦信号绕组、 第二精机正弦信号绕 组、 第一精机余弦信号绕组和第二精机余弦信号绕组的绕制规则为 ： 按次序将定子上每相 邻的 N 个上齿与所对应的 N 个下齿作为一组绕组齿， 组成 4P。

13、 组绕组齿， 第一精机正弦信号 绕组、 第二精机正弦信号绕组和第一精机余弦信号绕组、 第二精机余弦信号绕组分别间隔 地缠绕在上述 4P 组绕组齿上， 按同极同相的方式缠绕， 且同相同极的信号绕组正向串联， 同相异极的信号绕组反向串联 ； 所述第一粗机正弦信号绕组、 第二粗机正弦信号绕组、 第一 粗机余弦信号绕组和第二粗机余弦信号绕组的的绕制规则为 ： 按次序将定子上每相邻的 说 明 书 CN 103617881 A 3 2/4 页 4 NP 个上齿与所对应的 NP 个下齿 2-4 作为一组绕组齿， 组成组绕组齿， 第一粗机正弦信号绕 组、 第二粗机正弦信号绕组和第一粗机余弦信号绕组、 第二粗机。

14、余弦信号绕组分别间隔地 缠绕在上述组绕组齿上， 按同极同相的方式缠绕， 且同相同极的信号绕组正向串联， 同相异 极的信号绕组反向串联。 0006 本发明的励磁绕组和两相信号绕组的空间位置相差 90， 这样两者的耦合面积较 小， 分布电容小， 也就减小了信号绕组的剩余电势， 从而减小了精度误差。由于采用轴向波 形优化的方案， 可以减小直径， 具有体积小的优点。还采用了带有冗余式绕组的结构， 在一 套线圈绕组出现故障时， 依然可以正常工作， 适用于航天、 航空等高可靠性领域。 同时， 采用 粗精耦合绕组设计方法， 可以提供粗机绝对位置信号以及精机高精度位置信号， 提高旋变 得测量精度。具有高可靠性。

15、、 低阻抗、 体积小、 精度高、 抗干扰能力强、 安装简单、 耐高温高 湿、 防水防尘、 抗干扰能力强等优点。 附图说明 0007 图 1 是本发明的整体结构示意图 ； 0008 图 2 是图 1 的过轴心仰视剖视结构示意图 ； 0009 图 3 是图 1 中圆环型转子 1 的仰视结构示意图。 具体实施方式 0010 具体实施方式一 ： 如图1、 图2、 图3所示， 它是由圆环型转子1、 定子2、 第一精机正 弦信号绕组 4、 第二精机正弦信号绕组 4-1、 第一精机余弦信号绕组 5、 第二精机余弦信号绕 组5-1、 第一励磁绕组6、 第二励磁绕组6-1、 第一粗机正弦信号绕组7、 第二粗机正。

16、弦信号绕 组 7-1、 第一粗机余弦信号绕组 8、 第二粗机余弦信号绕组 8-1 组成 ； 0011 圆环型转子 1 套在定子 2 外侧， 圆环型转子 1 内圆面与定子 2 的外圆面之间有气 隙3 ； 所述圆环型转子1由第一圆环1-1、 第二圆环1-2、 第三圆环1-3组成 ； 第一圆环1-1一 个端面与第二圆环 1-2 的一个端面对接， 第二圆环 1-2 的另一个端面与第三圆环 1-3 的一 个端面对接， 所述第二圆环 1-2 为波浪形圆环 ； 第二圆环 1-2 的材料为导磁材料， 第一圆环 1-1 和第三圆环 1-3 的材料为非导磁材料 ； 所述定子 2 外表面上沿轴向开有 4N 个齿槽 。

17、2-2， 定子 2 外表面的中部沿圆周方向上开有一个通环槽 2-3， 且通环槽 2-3 底面直径与齿槽 2-2 的底面直径相同 ； 通过齿槽 2-2 和通环槽 2-3 对定子 2 外圆面的分割， 而在定子 2 的外面上 形成均匀排列 4N 个上齿 2-1 与 4N 个下齿 2-4 ； 所述第一精机正弦信号绕组 4、 第二精机正 弦信号绕组 4-1、 第一精机余弦信号绕组 5 和第二精机余弦信号绕组 5-1 的绕制规则为 ： 按 次序将定子 2 上每相邻的 N 个上齿 2-1 与所对应的 N 个下齿 2-4 作为一组绕组齿， 组成 4P 组绕组齿， 第一精机正弦信号绕组 4、 第二精机正弦信号绕。

18、组 4-1 和第一精机余弦信号绕组 5、 第二精机余弦信号绕组5-1分别间隔地缠绕在上述4P组绕组齿上， 按同极同相的方式缠 绕， 且同相同极的信号绕组正向串联， 同相异极的信号绕组反向串联 ； 所述第一粗机正弦信 号绕组 7、 第二粗机正弦信号绕组 7-1、 第一粗机余弦信号绕组 8 和第二粗机余弦信号绕组 8-1 的的绕制规则为 ： 按次序将定子 2 上每相邻的 NP 个上齿 2-1 与所对应的 NP 个下齿 2-4 作为一组绕组齿， 组成4组绕组齿， 第一粗机正弦信号绕组7、 第二粗机正弦信号绕组7-1和 第一粗机余弦信号绕组 8、 第二粗机余弦信号绕组 8-1 分别间隔地缠绕在上述 4。

19、 组绕组齿 说 明 书 CN 103617881 A 4 3/4 页 5 上， 按同极同相的方式缠绕， 且同相同极的信号绕组正向串联， 同相异极的信号绕组反向串 联。 0012 所述第二圆环 1-2 的材料为导磁材料， 具体可选用硅钢片叠加结构、 钋镆合金或 软磁铁氧体等材料。第一圆环 1-1 和第三圆环 1-3 的材料为非导磁材料， 具体可选用铝合 金材料。 0013 所述第二圆环 1-2 的具体形状为特定正弦函数形状的导磁圆环。 0014 具体实施方式二 ： 如图 1、 图 2、 图 3 所示， 本具体实施方式与具体实施方式一的不 同点在于所述第一正弦信号绕组 4、 第二正弦信号绕组 4-。

20、1、 第一余弦信号绕组 5、 第二余弦 信号绕组 5-1、 第一励磁绕组 6、 第二励磁绕组 6-1 采用内外分布方式设置。其它组成和连 接关系与具体实施方式一相同。 0015 具体实施方式三 ： 如图 1、 图 2、 图 3 所示， 本具体实施方式与具体实施方式一的不 同点在于所述第一励磁绕组 6、 第二励磁绕组 6-1 采用为集中绕组， 绕组匝数相同， 且线型 相同。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。本实施方式能实现第一励磁绕组 6 与 第二励磁绕组 6-1 电阻相等， 从而第一励磁绕组 6 与第二励磁绕组 6-1 工作时有相同的性 能。 0016 具体实施方式四 ： 如图 1、 图。

21、 2、 图 3 所示， 本具体实施方式与具体实施方式一的不 同点在于所述上齿 2-1 和下齿 2-4 与两者之间的通环槽 2-3 沿定子 2 轴向上的长度相等。 其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。 0017 工作原理 ： 本发明的气隙磁导的变化主要依赖于圆环型转子 1 与定子 2 之间的耦 合面积随机械角度的变化， 具体体现为圆环型转子 1 的第二圆环 1-2 导磁材料同定子 2 的 上齿 2-1 与下齿 2-4 之间相对位置的变化。圆环型转子 1 与定子 2 的耦合面积是圆环型转 子 1 同时与所有上齿 2-1 与下齿 2-4 的耦合面积之和， 可以表示为 ： 0018 S S上+S下。

22、 0019 当圆环型转子 1 转过一个机械周期时， 圆环型转子 1 与定子 2 之间的耦合面积会 周期性变化 P 次。因此， 圆环型转子 1 与定子 2 之间的耦合面积可以表示为 ： 0020 0021 于是可得到每一对定子 2 的上齿 2-1 与下齿 2-4 的气隙磁导 i为 ： 0022 0023 由上式可得， 每一对定子 2 的上齿 2-1 与下齿 2-4 的激磁磁通量为 ： 0024 0025 由于励磁绕组与精、 粗正余弦信号绕组均采用等匝集中的连接方式， 且相互垂直 设置， 因此粗机正余弦绕组各自的磁链可以表示为 ： 说 明 书 CN 103617881 A 5 4/4 页 6 00。

23、26 0027 精机正余弦绕组各自的磁链可以表示为 ： 0028 0029 式中， Ni为每对定子 2 齿上粗机正余弦信号绕组的匝数， N2为每对定子 2 齿上精 机正余弦信号绕组的匝数。 0030 将上式得出的每一对定子 2 的上齿 2-1 与下齿 2-4 的激磁磁通量代入其中， 化简 后可得 ： 0031 0032 0033 因此， 粗机正弦信号绕组与粗机余弦信号绕组的输出电势可以表示为 ： 0034 0035 精机正弦信号绕组与精机余弦信号绕组的输出电势可以表示为 ： 0036 0037 式中， em1为粗机正余弦信号绕组感应电势幅值， em2为精机正余弦信号绕组感应电 势幅值。 说 明 书 CN 103617881 A 6 1/3 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103617881 A 7 2/3 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 103617881 A 8 3/3 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103617881 A 9 。