[发明专利]具有平面绕组的分相器

说明书

本发明基本上是关于旋转位置指示传感器的，特别是关于一种特殊类型的旋转位置指示传感器的，称之为分相器。

一个同步电机就是一个旋转传感器，它把角度位移转换成交流电压，或把交流电压转换成角度位移。一般形式的同步电机是个较简单的装置，它有一个其上绕有分开120°的三个绕组的定子和一个绕有一个绕组的转子。典型的或两单元同步电机系统使用两个这样的同步电机，它们的定子互相并联。在这种两单元同步电机系统中，一个交流载波或参考电压（典型值地为60或400Hz）被加到变送器同步电机或控制变送器的转子，而该转子位置在定子中建立一个磁通向量，在定子的每只绕组中产生一特定的电压。这些电压被传送到接收器同步电机或控制变换器，在那里再产生一个类似的向量磁通图样。然后，控制变换器的转子在该磁场中校正自己。

分相器是一种同步电机，而且常常被称为“同步电机分相器”。同步电机和同步电机分相器或简称为分相器的主要区别是：分相器的定子和转子绕组在电学上是成90°旋转的，而在同步电机中是成120°放置的。一般形式的分相器有一个转子绕组和两个定子绕组，每个磁极上有许多匝。当向分相器的转子加一交流载波电压Vin时，一个定子上的电压变为：V1＝VinKsinθ，而另一个定子上的电压变为：V2＝VinKcosθ，其中K是个常数。

这样，与同步电机类似，分相器是一个发送、接收或变换相角数据的装置。分相器也是一种同步电机位置指示传感器，它产生两个电压输出，一个是V1随转子相对于定子的角度位置按正弦函数变化，另一个是V2按余弦函数变化。

另一种分相器有两个定子和两个转子绕组，其每个电极有许多匝，而且参考电压或载波激励电压可以加到这些绕组中的任何一个。如果一个定子绕组被用作输入并被激励，那么未被使用的定子绕组是被短路的。转子绕组上的电压作为输出被监视，并以上述的V1和V2来表示。反之，也可以用一个转子绕组作为输入，用两个定子绕组作为输出。

这里可以说明：同步电机分相器或分相器主要有两种类型，无刷的和非无刷的。非无刷的分相器其激励绕组是通过与交流电压滑动联接被激励的。无刷分相器其激励绕组不使用滑动联接来激励。一种类型的无刷分相器是个变压器无刷分相器。例如在变压器无刷分相器中，转子绕组是通过对交流电源的感性耦合而被激励的。

传统上制做同步电机分相器或分相器是用绕制的转子和绕制的定子绕组。制造这样的装置是劳动密集形的，因而很昂贵。此外分相器，特别是无刷分相器比较重而且轴向尺寸大。因而就需要和要求分相器特别是变压器无刷分相器能够价格便宜、重量轻而且轴向尺寸小。

提供制造成本低、重量轻而且轴向尺寸小的分相器是非常有意义的。为了达到这一目标。还希望提供采用印刷技术的而不是用绕制办法制造的转子和定子绕组。

已知有各种各样的印刷电路旋转位置指示传感器，包括电容性的和电感性的。虽然它们完成一些与分相器同样的功能，但事实上这两种装置都不是分相器。

在电容性的旋转位置指示传感器中，其上固定有导体电容极板的转子相对于具有导体电容的另一极板的定子转动。这两个极板间的电容随着它们的相对角度而变化。电容性旋转位置指示传感器的一个缺点在于：它们对冲击和振动敏感。冲击和振动可能改变极板间气隙的宽度，因而将改变电容量。Weit（威特）的4092579号美国专利中给出了一个电容型的旋转位置指示传感器。虽然在该专利中该传感器也被称为分相器，但在技术上该装置并不是一种分相器，因为它不使用多匝绕组。

感性耦合的旋转位置指示传感器也是已知的。一种这样的传感器叫作感应式位置传感器，并在由Farrand  Industries公司出版的名为“感应式位置传感器”的小册子中有所说明。这种传感器使用印刷电路波动导电图样，每个磁极半匝。这些图样具有许多马蹄形的线匝，它们位于沿转子盘和定子盘表面的平面上。该马蹄形图样的一个完整的园圈的长度叫做节距（pitch）。其一个盘具有一个线匝图样，另一个盘具有一个第一线匝图样和一个第二线匝图样，其第二个是由第一个偏离一个预定的距离而放置的。交流电流加到一侧的单个绕组上作为激励，结果由在另一侧的两个绕组上产生两个输出信号。这两个输出信号的振幅根据在节距周期内的相对位置分别按正弦和余弦函数变化。在周期内的各位置上有一对单值的正弦和余弦的幅度输出。