[发明专利]旋转变压器装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于检测转子相对于定子的旋转位置的旋转变压器装置。

背景技术

旋转变压器通常用于电动机控制。旋转变压器具有三个感应耦合的线圈，其中一者由转子承载，且另外两个相互移位90°地排列于定子上。与每一定子线圈一起，转子线圈形成一变压器，变压器的传输系数相依于相对旋转位置。将正弦载波信号施加至转子线圈，且因此转子线圈提供具有90°互相移的调幅波信号，其中一者称作正弦波，且另一者称作余弦波信号。通过评估正弦和余弦波信号来获得转子的角位置。

为进行评估，可应用“反正切”函数使用模拟-数字转换器对模拟正弦和余弦波信号进行取样并进行数字处理。然而，现有的解决方案代价高昂。

发明内容

本发明提供便宜且仍提供高分辨率和高噪声抑制的旋转变压器装置。具体而言，本发明的旋转变压器装置包括一载波信号产生器和两个处理信道，其中每一处理信道均具有模拟输入端以及信道输出端，所述模拟输入端连接各定子线圈中不同的一者，且每一处理信道均包括具有输出端的∑-Δ调制器，其中所述输出端提供代表从相应定子线圈接收的模拟输入信号的比特流。每一信道还包括第一数字滤波器，以接收来自∑-Δ调制器的比特流，并将所述比特流转换为中间数字数据字。另外，每一信道均具有数字同步解调器，以将所述中间数字数据字与载波信号同步解调，以提供经解调的数据字。最后，每一信道均具有第二数字滤波器，其平均所述经解调的数据字，并在信道输出端提供数字输出数据字，其中在输出数据字中抑制载波信号。∑-Δ调制器确保高噪声抑制。将用于对正弦和余弦信号进行评估(包括解调)的信号处理移至数字域。可使用便宜的数字电路执行所需处理。

在较佳实施例中，将∑-Δ调制器中使用的时钟信号施加至同一处理信道中数字滤波器的时钟输入端，且每一处理信道均具有总体呈周期性的陷波滤波器特性。选择载波信号的频率以使其落入滤波器特性的陷波部分中。通过使用固有的周期性陷波特性和仅将载波信号的频率调整为陷波部分的频率，可无需进一步进行选择性滤波便能实现高的载波信号抑制率。

附图说明

参看附图阅读下文对较佳实施例的详细说明，将易于了解本发明的其他优点和特征。在图式中：

图1是旋转变压器装置的示意性方块图；

图2是图1所示信号处理信道的示意性方块图；

图3是图2所示方块图中二阶∑-Δ调制器的示意性方块图；

图4是图解说明∑-Δ调制器的功能的图式；

图5是数字Sinc³滤波器的示意性方块图；

图6a是图解说明正弦载波信号的图式；

图6b是图解说明对应于正弦信号的经调制载波信号的图式；

图6c是图解说明具有载波信号频率的矩形波信号的图式；

图6d是经解调的正弦信号的图式；

图7是图解说明对应于图6d所示经解调正弦信号的包络线信号的图式；

图8是图解说明如图2所示信号处理信道的总滤波特性的图式。

具体实施方式

参看图1，本发明的旋转变压器装置通常与电动机的电动机控制相关联。电动机10具有带有第一定子线圈12和第二定子线圈14的定子以及带有转子线圈16的转子。两个定子线圈相互偏移90°的角度。定子线圈12、14的每一者分别以感应方式与转子线圈16耦合。将频率为f_C的正弦载波信号施加至转子线圈。将调幅正弦信号S_输入引入第一定子线圈12，并将调幅余弦信号C_输入引入第二定子线圈14。

信号处理电路20包括第一信号处理信道-正弦信道22、第二信号处理信道-余弦信道24、以及用以产生载波频率为f_C的载波信号的载波信号产生器26。在较佳实施例中，载波信号产生器26提供代表载波频率为f_C的正弦信号的脉宽调制矩形信号。载波信号产生器26具有通过低通滤波器28连接至转子线圈16的输出端。正弦信道22具有连接至定子线圈12以接收正弦信号S_输入的模拟信号输入端，且余弦信道24具有连接至定子线圈14以接收余弦信号C_输入的模拟信号输入端。正弦和余弦信道22、24的每一者还接收来自信号产生器26的载波信号。正弦信道22输出数字数据字S_输出以代表来自定子线圈12的经解调正弦输入S_输入，且余弦信道24输出数字数据字C_输出以代表来自定子线圈14的经解调正弦输入C_输入。