[实用新型]一种无刷线性旋转变压器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种无刷线性旋转变压器，作为角度位置传感用于多圈精密测量旋转物体的角位移和角速度，在机电伺服控制系统中具有特殊用途，也可用于坐标变换、三角运算和角度数据传输、位移测量和振动监测领域。

背景技术

旋转变压器作为角度位置传感器广泛用于运动伺服控制系统中，用作为角度位置的传感和测量。传统角度位置传感有光电编码器、磁性编码器和旋转变压器。光电式编码器通过光电转换将转轴的角位移转换成脉冲数字信号。根据转盘的光刻方式及信号的输出形式，光电编码器又可分成增量式编码器和绝对式编码器。增量式编码器结构简单，能够以增量的方式给出角度位置的信息，但不能给出初始位置的信息。绝对式编码器能够直接输出转子的绝对位置信息，但其工艺复杂。光电编码器具有直接输出数字信号和高精度的优点，但光电编码器不能应用于恶劣环境，抗冲击能力差，而且不能应用于高速旋转测量。由于光电编码器通过转盘离散的光刻输出脉冲光电信号，因此形式上限制了分辨率的提高。磁性编码器通过磁极的变化来测量转轴的角位移。由于分辨率低和精度较差，磁性编码器的应用没有光电编码器和旋转变压器普及。

旋转变压器是一种电磁感应式传感器，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度。常规旋转变压器由定子和转子组成，其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压，转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合在其两断产生感应电动势。旋转变压器结构简单可靠，特别适用其他旋转编码器无法正常工作的恶劣环境。

旋转变压器根据转子电信号引进和引出的方式，分为有刷和无刷旋转变压器两种。在有刷旋转变压器中，定子和转子上都嵌有绕组。转子绕组的电信号，通过滑动接触，由转子上的滑环和定子上的电刷引进或引出。由于有刷结构的存在，此类旋转变压器的可靠性较差。目前这种结构的旋转变压器已很少使用。

无刷旋转变压器有两种结构形式，一种为环形变压器式无刷旋转变压器，另一种为磁阻式旋转变压器。在环形变压器式无刷旋转变压器中，一个绕组绕在定子上，一个绕组绕在转子上，同心放置。转子上的环形变压器绕组与作信号变换的转子绕组相联。电信号的输入和输出由环形变压器完成。磁阻式旋转变压器的励磁绕组和输出绕组嵌在同一套定子槽内。两相绕组的电信号随转角作正余弦变化、彼此相位差90°。磁阻式旋转变压器的转子磁极形状须特殊设计加工，使得气隙磁场呈正弦变化。

常规旋转变压器的原边、副边绕组则随转子的角位移发生相对位置的改变，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构成正弦、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。单对磁极的旋转变压器精度低。为了提高测量精度，常规旋转变压器内一般装有多对磁极，因此结构复杂。常规旋转变压器的原边信号输出是两相正交的模拟信号，它们的幅值随着转角呈正余弦变化。为了获取角度和角速度信息，需要设计复杂的解调制电路，价格昂贵，而且计算复杂。目前采用的大多都是专用集成电路，例如美国AD公司的AD2S1200、AD2S1205 带有参考振荡器的12位数字R/D变换器以及AD2S1210 10到16位数字、带有参考振荡器的数字可变R/D变换器，以及连云港杰瑞电子有限公司生产的旋转变压器数字转换器。这些原因使常规旋转变压器的大规模应用受到限制。

发明内容

本实用新型提供的一种无刷线性旋转变压器无可以克服现有旋转变压器的局限。新型无刷线性旋转变压器具有结构简单可靠、稳定性好、抗电磁干扰和抗冲击能力强的特点。新型无刷线性旋转变压器无需复杂的解调制电路和专用集成电路，能够高速多圈精密测量旋转物体的转轴角位移和角速度，并且能够连续跟随转轴角位移的变化。

本实用新型的目的是通过如下技术途径实现的：一种无刷线性旋转变压器由转子、定子、原边线圈绕组、副边线圈绕组、轴承、激磁电源和信号接受处理系统组成；原边线圈绕组固定于定子一端的筒体上，转子的一端安置于筒体的圆孔内，原边线圈绕组的轴线与转子的轴线一致，转子与定子的另外一端通过轴承连接；副边线圈绕组嵌于定子的内侧，其法向垂直于转子的轴向；激磁电源的激磁电流通过原边线圈绕组产生交变磁场，交变磁场通过转子与定子间的气隙使磁通在旋转变压器内形成环流，并在副边线圈绕组的两端产生感应电动势，感应电动势的幅值与转子转角成线性关系；信号接受处理系统采集和处理副边线圈绕组的感应电动势信号并输出转子的角度位置、转数和角速度参数。