[实用新型]霍尔旋转变压器及由其制成的霍尔转角编码器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电机控制技术，更具体地说，涉及一种霍尔旋转变压器及由其制成的霍尔转角编码器，可用于无刷直流伺服电动机。

背景技术

传统的旋转变压器(resolver)是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它是一种测量角度用的可转动的传感器，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，由定子和转子组成。其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压，励磁频率通常用400、3000及5000HZ等。转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。旋转变压器的工作原理和普通变压器基本相似，区别在于普通变压器的原边、副边绕组是相对固定的，所以输出电压和输入电压之比是常数，而旋转变压器的原边、副边绕组则随转子的角位移发生相对位置的改变，因而其输出电压的大小随转子角位移而发生变化，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。

在公告号为CN2565123Y的中国专利中，公开了一种霍尔旋转变压器，其中包括线性霍尔元件、永磁体磁环、空心轴转子、定子机壳、机壳后盖、定子芯和霍尔集成电路的印制板，在定子芯上安装有四个线性霍尔元件，相互错开90°电角度，并采用特定的多对极的永磁体磁环，转子中间有支撑定子的二个滚珠轴承，定子前端有联接用的弹簧片。这种方案中存在问题是：(1)需采用特定多对极的永磁体磁环，对磁极均匀性要求高，对不同极对数的电动机不能通用；(2)在一圈范围内，难于做到有确定的唯一零位，不方便绝对角位置的检测；(3)整体式结构和工艺复杂，难以实现小型化。

在公告号为CN200972824Y的中国专利中，公开了一种改进上述问题的霍尔旋转变压器，其中包括线性霍尔元件、永磁体磁环、空心轴、定子机壳、定子芯和联接霍尔元件的印制电路板，其永磁体磁环固定在空心轴上；其特殊之处在于：定子芯呈圆环形，在定子芯上间隔90°空间角度分布着至少二个安装孔，线性霍尔元件固定在安装孔内，以便限定线性霍尔元件的空间位置。然而，线性霍尔元件在定子芯上的安装孔中的位置会因为安装间隙、霍尔元件的外形尺寸等原因，而在安装孔中的上、下、左、右、前、后6个自由度都存在位置偏差。又由于永磁体磁环固定在空心轴上，存在位置偏差和垂直度偏差等，都会造成旋转变压器输出的幅值误差、相位误差、函数误差。另外，永磁体磁环的质量、安装也对误差有极大关系，传统霍尔旋转变压器误差大且误差的一致性很差。

若安装存在径向位置偏差0.1mm，设永磁体的外径12mm，那么0.1mm相对周长的相对位置偏差为：0.1/(π×12)＝0.265％。这个偏差与1°/360°＝0.278％相当，说明该霍尔旋转变压器中单一项位置偏差就会产生1°度的误差。所以前述技术方案中的霍尔旋转变压器技术的角度误差不可能优于1°。又例如，永磁体磁环固定在空心轴上，存在0.5°垂直度偏差，就相当于径向位置偏差为12sin0.5°＝0.1mm，也会产生1°度的误差。

永磁体磁环产生三维空间磁场，线性霍尔元件将受到切向磁场分量和径向磁场分量的作用产生电压输出。在公告号为CN200972824Y的中国专利中，使用四个线性霍尔元件，将180°布置的两个线性霍尔元件的输出电压相减，试图补偿定、转子装配偏心，但由于无法同时补偿径向和切向磁场分量，所以不能起到良好的补偿效果，而通常误认为是磁极均匀性问题。

由于上述原因，事实上，现有霍尔旋转变压器的位置偏差只能达到2°-3°左右，且误差的一致性很差。

现有霍尔旋转变压器的精度和精度一致性都很差，其精度比传统电磁感应式旋转变压器的精度低一个数量级，所以只能在极低精度场合应用。

另外，开关型霍尔转角编码器虽然是已有成熟技术，然而它的精度和分辨率同样很低，一般只有100线，现有技术中的霍尔旋转变压器的精度则与之相当。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型要解决现有霍尔旋转变压器的精度较差的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种霍尔旋转变压器，其中包括旋转变压器定子、线性霍尔元件、印制电路板、以及永磁体磁环，其特征在于，在所述印制电路板上装有一个环形软磁铁芯，在所述环形软磁铁芯的内环面设有与线性霍尔元件个数相同、并均匀分布的多个凹槽，每个线性霍尔元件装于与之对应的那一个凹槽内、并焊接于所述印制电路板上；且每个线性霍尔元件的磁敏感面与所述永磁体磁环的磁极表面相互对齐。