[发明专利]一种磁阻式旋转变压器的定子结构及一体化旋转变压器

说明书

本发明公开了磁阻式旋转变压器定子的一种新结构，以及具有工业总线输出接口的一体化的磁阻式旋转压器，该一体化的磁阻式旋转压器有下面的特点：定子采用了环形主磁轭铁芯冲片和独立内齿冲片，这种结构允许将各个内齿单独缠绕线圈后再与环形主磁轭粘结，有利于提高生产效率，具有特定外轮廓形状的定子内齿，有利于提高此种磁阻式旋转变压器输出调幅波信号的包络线的正弦度，从而提高角度检测的精度。该种一体化的磁阻式旋转变压器的定子、激磁模块、轴角解算模块和总线接口模块集成为一体，可以根据需要采用多种工业现场总线的方式输出轴角信号，包括双工同步串行总线BISS接口和实时以太网总线EtherCAT总线接口，从而在满足实时性要求的前提下，将一般旋转变压器输出的模拟信号变成总线数据包文件，从根本上改变了传统的旋转变压器的使用方式，尤其适合于集群运动控制系统的检测和控制方面的要求。

技术领域

本发明属于运动控制系统的传感器技术领域，具体涉及一种新的磁阻式旋转变压器的定子结构，以及具有总线接口的一体化的磁阻式旋转变压器，适用于基于旋转变压器进行位置测量的应用场合。

背景技术

交直流伺服系统、数控机床、机器人系统等领域都需要运动角度的测量，常用的测量转角和转速的传感器有光电脉冲编码器和旋转变压器。光电脉冲编码器虽有其优点，但不适合在恶劣环境下工作，而旋转变压器不仅可用于检测旋转物体的绝对角位置，而且由于其结构简单、精度高、可靠性强，适用于恶劣的环境等特点，被广泛应用于航空航天、汽车和军事应用等对检测精度和可靠性要求比较高的领域。传统的第一代旋转变压器为接触式，有电刷和滑环，这就使得结构比较复杂，可靠性降低。第二代的耦合式旋转变压器可以做到无刷化，但却需要增加绕组，使得结构更加冗余复杂。第三代的旋转变压器为磁阻式旋转变压器，磁阻式旋转变压器的转子为凸轮形状，没有附加的补偿绕组，结构简单，机械强度好，制造成本低，可靠性高。但是旋转变压器输出模拟信号，需要专门的轴角解算装置，因而不像输出数字或脉冲信号的光电脉冲编码器那样使用方便。再者磁阻式旋转变压器的定子是内齿形的，一个励磁绕组和两个输出信号绕组均按一定的规律缠绕在定子的内齿上。旋转变压器内部空间有限，其工作原理又决定了内齿的个数比较多，这就使得在生产磁阻式旋转变压器时，往定子内齿上落线缠绕成为技巧性强的工作，往往采用手工缠绕或半手工缠绕的方式，这道工序限制了生产效率的提高。

发明内容

为解决上述问题，本发明给出了磁阻式旋转变压器定子的一种新结构，以及具有工业总线输出接口的一体化的磁阻式旋转压器，该一体化的磁阻式旋转压器有两个特点，一是采用新的定子结构和相应的制造工艺，这样有利于提高生产效率；二是将旋转变压器的定转子本体与轴角解算电路集成为一体，并采用多种工业现场总线的方式输出轴角信号，使得旋转变压器也能像光电脉冲编码器一样方便使用。

本发明采用如下技术方案，一种磁阻式旋转变压器的定子结构，其特征在于，其定子磁路的主磁轭是用环状的冲片叠压而成，定子的内齿铁芯是用单独的冲片叠压而成的，内齿铁芯冲片呈对称形状，内齿铁芯冲片腰部两侧呈弧形向内凹进，定子绕组缠绕在内齿的腰部，所有内齿对称地粘结在环形主磁轭的内侧，以形成磁阻式旋转变压器的定子。

优选地，所述定子内齿冲片的上边缘与环形主磁轭粘结接触的部分成圆弧线段，该段圆弧的曲率与环形主磁轭内侧的曲率相同。

优选地，所述定子内齿冲片的下边缘呈向外凸出状，以使得内齿的下边缘线的中间位置与转子的径向距离最小。

优选地，所述定子内齿的个数等于旋转变压器极对数的4倍。

优选地，所述定子绕组包括一个激磁绕组和两个输出绕组，所述激磁绕组缠绕于每个内齿上，相邻的两个齿的激磁绕组的绕制方向相反，两个输出绕组彼此间隔一个内齿而绕制，每个输出绕组在间隔相邻的齿上的绕制方向相反。