[发明专利]一种旋转变压器和具有这种旋转变压器的旋转体

说明书

技术领域

本发明属于检测技术领域，涉及一种变压器和旋转体，尤其是旋转变压器和旋转体。

背景技术

电动汽车、工业自动化、机器人、纺织机械和航空航天等行业均离不开旋转电机的高性能控制，因而需要电机旋转角度传感器，并且经常要求将其应用在高温环境下。

当前，光电式角度编码器因可以容易地实现电机旋转角度的检测而得到了广泛应用，但这种光电式角度编码器含有光电元器件和半导体器件，因而无法应用在高温环境中。

旋转变压器是一种可以实现旋转角度检测的传感器，由于其不使用光电转换器件，因而可以在较高温度的环境中使用。但是，当前旋转变压器存在诸多缺点：现有的旋转变压器在小型化轻量化上达到了一个阶段的极限，难以突破当前的瓶颈；其定子检测齿上绕有多组绕组，通常绕有三组绕组，使得其制造工艺很复杂，且由于绕组的位置不同使得旋转变压器的一致性受到不利影响；由于定子检测齿上绕有多组绕组，在使用过程中，很容易由于振动冲击等原因出现不同绕组间短路和断线等问题，进而导致旋转变压器失效，可靠性降低；传统的旋转变压器包含至少6根引出线，不仅增加了连接线的故障风险，而且使得引出线的连接和调试很繁琐。

同时，现有的旋转变压器，尤其是电感式旋转变压器中，相近的定子齿上的绕组之间存在磁耦合现象，绕组中的位置信号容易受到其他绕组的磁耦合的影响，容易造成信号失真，影响位置检测的精度。当前，对该干扰的解决方案是被动性的，即在该干扰产生后，在其后续连接的信号处理电路中进行去耦合处理和/或从算法上进行去耦合计算来抑制该磁耦合的影响，但是这些方法都会产生信号的延迟，不利于检测系统的快速响应性能，同时也大大增加了系统的复杂性。

此外，现有技术中，为了提高旋转变压器的可靠性，通常将两台旋转变压器安装在同一旋转体上，当其中一组旋转变压器的线圈出现故障失效时，信号电路切换到与另一组旋转变压器绕组连接，以继续完成旋转体的角度测试工作。但是这种方法中，因为需要在旋转体上安装两套或多套旋转变压器，将会使旋转体轴向长度增加，体积变大，成本大大增加。由此可见，现有技术中存在着旋转变压器检测系统的占用体积和可靠性之间的相互制约问题。

发明内容

本发明的主要目的在于进一步促进旋转变压器的小型化和轻量化，且绕线和连接线更为简单有效，次要目的在于在提高旋转变压器的检测精度和可靠性的同时，简化旋转变压器的构造。

为了达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种旋转变压器，包括定子和转子，定子包括定子轭和定子检测齿，所述定子检测齿设置在所述定子轭上；所述定子轭所跨越的角度小于360度；转子包括转子铁心，转子铁心的表面设置有转子凸极；定子检测齿数为4*K，K为正整数；转子凸极数为N，N为正整数；N大于1时，N个所述转子凸极沿所述转子的圆周表面均匀分布；所述定子轭和所述定子检测齿由导磁材料制成；所述转子铁心由导磁材料构成；每个所述定子检测齿上最多绕1个线圈；所述旋转变压器包括至少一套检测线圈系统；每套检测线圈系统包括多个绕在所述定子检测齿上的线圈，所述线圈的电感随所述转子的旋转角度的变化而变化，以根据所述线圈的电感的变化检测所述转子的旋转角度。

每套所述检测线圈系统中，多个所述线圈构成桥式电路，所述桥式电路的各桥臂由一个所述线圈构成或由多个所述线圈串联构成，从所述桥式电路的桥臂相交的接点处引出引出线，作为励磁线或信号线；每套所述检测线圈系统既包含励磁线，又包含信号线；各所述桥臂的线圈的合成电感的基波相位依次相差90度。

每套所述检测线圈系统中：包括至少四组定子线圈，每组定子线圈包括至少一个所述线圈；所有组所述定子线圈组成桥式电路，每组定子线圈构成所述桥式电路的一个桥臂；所述桥式电路中，每两个相交的桥臂在相交处构成一个接点，从每个所述接点处引出一根引出线；优选地，每套所述检测线圈系统中：各组所述定子线圈内线圈的数量和分布相同；优选地，每套检测线圈系统均包括四组定子线圈，构成四桥臂的桥式电路，具有四个接点，从四个所述接点处引出四根引出线，其中两根所述引出线为励磁线，另外两根所述引出线为信号线。

所述旋转变压器包括两套或两套以上的检测线圈系统；至少两套所述检测线圈系统的线圈设置在同一个定子上。

各套所述检测线圈系统之间，励磁线共用，信号线独立；或者，各套所述检测线圈系统之间，励磁线独立，信号线独立。