[實(shí)用新型]一種無刷線性旋轉(zhuǎn)變壓器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220492908.5
• 申請(qǐng)日: 2012-09-21
• 公開（公告）號(hào): CN202816634U
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚成忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 譚成忠
• 主分類號(hào): H01F38/18
• 分類號(hào): H01F38/18;H01F27/28;H02K1/22;H02K3/12;G01B7/30
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種無刷線性旋轉(zhuǎn)變壓器，作為角度位置傳感用于多圈精密測量旋轉(zhuǎn)物體的角位移和角速度，在機(jī)電伺服控制系統(tǒng)中具有特殊用途，也可用于坐標(biāo)變換、三角運(yùn)算和角度數(shù)據(jù)傳輸、位移測量和振動(dòng)監(jiān)測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

旋轉(zhuǎn)變壓器作為角度位置傳感器廣泛用于運(yùn)動(dòng)伺服控制系統(tǒng)中，用作為角度位置的傳感和測量。傳統(tǒng)角度位置傳感有光電編碼器、磁性編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。光電式編碼器通過光電轉(zhuǎn)換將轉(zhuǎn)軸的角位移轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字信號(hào)。根據(jù)轉(zhuǎn)盤的光刻方式及信號(hào)的輸出形式，光電編碼器又可分成增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器。增量式編碼器結(jié)構(gòu)簡單，能夠以增量的方式給出角度位置的信息，但不能給出初始位置的信息。絕對(duì)式編碼器能夠直接輸出轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置信息，但其工藝復(fù)雜。光電編碼器具有直接輸出數(shù)字信號(hào)和高精度的優(yōu)點(diǎn)，但光電編碼器不能應(yīng)用于惡劣環(huán)境，抗沖擊能力差，而且不能應(yīng)用于高速旋轉(zhuǎn)測量。由于光電編碼器通過轉(zhuǎn)盤離散的光刻輸出脈沖光電信號(hào)，因此形式上限制了分辨率的提高。磁性編碼器通過磁極的變化來測量轉(zhuǎn)軸的角位移。由于分辨率低和精度較差，磁性編碼器的應(yīng)用沒有光電編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器普及。

旋轉(zhuǎn)變壓器是一種電磁感應(yīng)式傳感器，用來測量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸角位移和角速度。常規(guī)旋轉(zhuǎn)變壓器由定子和轉(zhuǎn)子組成，其中定子繞組作為變壓器的原邊，接受勵(lì)磁電壓，轉(zhuǎn)子繞組作為變壓器的副邊，通過電磁耦合在其兩斷產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)簡單可靠，特別適用其他旋轉(zhuǎn)編碼器無法正常工作的惡劣環(huán)境。

旋轉(zhuǎn)變壓器根據(jù)轉(zhuǎn)子電信號(hào)引進(jìn)和引出的方式，分為有刷和無刷旋轉(zhuǎn)變壓器兩種。在有刷旋轉(zhuǎn)變壓器中，定子和轉(zhuǎn)子上都嵌有繞組。轉(zhuǎn)子繞組的電信號(hào)，通過滑動(dòng)接觸，由轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)和定子上的電刷引進(jìn)或引出。由于有刷結(jié)構(gòu)的存在，此類旋轉(zhuǎn)變壓器的可靠性較差。目前這種結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)變壓器已很少使用。

無刷旋轉(zhuǎn)變壓器有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種為環(huán)形變壓器式無刷旋轉(zhuǎn)變壓器，另一種為磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器。在環(huán)形變壓器式無刷旋轉(zhuǎn)變壓器中，一個(gè)繞組繞在定子上，一個(gè)繞組繞在轉(zhuǎn)子上，同心放置。轉(zhuǎn)子上的環(huán)形變壓器繞組與作信號(hào)變換的轉(zhuǎn)子繞組相聯(lián)。電信號(hào)的輸入和輸出由環(huán)形變壓器完成。磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的勵(lì)磁繞組和輸出繞組嵌在同一套定子槽內(nèi)。兩相繞組的電信號(hào)隨轉(zhuǎn)角作正余弦變化、彼此相位差90°。磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子磁極形狀須特殊設(shè)計(jì)加工，使得氣隙磁場呈正弦變化。

常規(guī)旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊、副邊繞組則隨轉(zhuǎn)子的角位移發(fā)生相對(duì)位置的改變，其輸出電壓的大小隨轉(zhuǎn)子角位移而發(fā)生變化,輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角構(gòu)成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系，或保持某一比例關(guān)系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。單對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)變壓器精度低。為了提高測量精度，常規(guī)旋轉(zhuǎn)變壓器內(nèi)一般裝有多對(duì)磁極，因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜。常規(guī)旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊信號(hào)輸出是兩相正交的模擬信號(hào)，它們的幅值隨著轉(zhuǎn)角呈正余弦變化。為了獲取角度和角速度信息，需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的解調(diào)制電路，價(jià)格昂貴，而且計(jì)算復(fù)雜。目前采用的大多都是專用集成電路，例如美國AD公司的AD2S1200、AD2S1205?帶有參考振蕩器的12位數(shù)字R/D變換器以及AD2S1210?10到16位數(shù)字、帶有參考振蕩器的數(shù)字可變R/D變換器，以及連云港杰瑞電子有限公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器。這些原因使常規(guī)旋轉(zhuǎn)變壓器的大規(guī)模應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型提供的一種無刷線性旋轉(zhuǎn)變壓器無可以克服現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)變壓器的局限。新型無刷線性旋轉(zhuǎn)變壓器具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、穩(wěn)定性好、抗電磁干擾和抗沖擊能力強(qiáng)的特點(diǎn)。新型無刷線性旋轉(zhuǎn)變壓器無需復(fù)雜的解調(diào)制電路和專用集成電路，能夠高速多圈精密測量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸角位移和角速度，并且能夠連續(xù)跟隨轉(zhuǎn)軸角位移的變化。

本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)途徑實(shí)現(xiàn)的：一種無刷線性旋轉(zhuǎn)變壓器由轉(zhuǎn)子、定子、原邊線圈繞組、副邊線圈繞組、軸承、激磁電源和信號(hào)接受處理系統(tǒng)組成；原邊線圈繞組固定于定子一端的筒體上，轉(zhuǎn)子的一端安置于筒體的圓孔內(nèi)，原邊線圈繞組的軸線與轉(zhuǎn)子的軸線一致，轉(zhuǎn)子與定子的另外一端通過軸承連接；副邊線圈繞組嵌于定子的內(nèi)側(cè)，其法向垂直于轉(zhuǎn)子的軸向；激磁電源的激磁電流通過原邊線圈繞組產(chǎn)生交變磁場，交變磁場通過轉(zhuǎn)子與定子間的氣隙使磁通在旋轉(zhuǎn)變壓器內(nèi)形成環(huán)流，并在副邊線圈繞組的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，感應(yīng)電動(dòng)勢的幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系；信號(hào)接受處理系統(tǒng)采集和處理副邊線圈繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢信號(hào)并輸出轉(zhuǎn)子的角度位置、轉(zhuǎn)數(shù)和角速度參數(shù)。