壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器及信號繞組繞線方法
【專利摘要】壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器及信號繞組繞線方法，屬于變壓器【技術領域】，以解決徑向磁阻式旋轉變壓器精度低，體積隨極對數的增加而增大問題。定子與轉子間具有不相等的氣隙，定子的內表面沿軸向加工有2NP個定子槽和2NP個定子齒，相鄰兩個定子槽之間為所述的定子齒；勵磁繞組安放在2NP個定子槽中，且逐個定子槽反向串聯，粗機正、余弦信號繞組以單層繞線方式交替地纏繞于定子齒上且位于同一層；精機正、余弦信號繞組以單層繞線方式交替地纏繞于定子齒上且位于同一層；粗機正、余弦信號繞組與精機正、余弦信號繞組按兩層設置。本發明用于電動汽車、航空及航天等領域。
【專利說明】壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器及信號繞組繞線方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器及信號繞組繞線方法，屬于變壓器【技術領域】。
【背景技術】
[0002]傳統的旋轉變壓器有接觸式旋轉變壓器、帶耦合變壓器的旋轉變壓器、游標式旋轉變壓器等幾種，盡管逐漸地實現了無刷化，但結構仍比較復雜，誤差較大，不利于高精度測量。現在廣泛應用的磁阻式旋轉變壓器采用徑向的磁路結構，勵磁和信號繞組均放置在定子齒上，轉子采用凸極結構，具有高可靠性的特點。但是，現有的徑向磁阻式旋轉變壓器不僅精度相對較低，而且體積隨極對數的增加也有顯著增大。應用于電動汽車、航空及航天等領域受到了限制。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器及信號繞組繞線方法，以解決現有的徑向磁阻式旋轉變壓器精度低，體積隨極對數的增加而增大，應用領域受限的問題。
[0004]實現上述目的，采取的技術方案如下:
[0005]本發明的壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器，包括定子、轉子、勵磁繞組、粗機正弦信號繞組、粗機余弦信號繞組、精機正弦信號繞組及精機余弦信號繞組，定子為圓筒形狀；定子與轉子之間具有不相等的氣隙，定子的內表面沿軸向加工有2NP個定子槽和2NP個定子齒，2NP個定子槽沿定子的內表面圓周均布設置，相鄰兩個定子槽之間為所述的定子齒；其中，N為自然數，N的取值范圍為2?15，P為轉子極對數；勵磁繞組安放在2NP個定子槽中，且逐個定子槽反向串聯，勵磁繞組分布于各定子槽中的匝數相等；粗機正弦信號繞組與粗機余弦信號繞組以單層繞線方式交替地纏繞于定子齒上且位于同一層；精機正弦信號繞組與精機余弦信號繞組以單層繞線方式交替地纏繞于定子齒上且位于同一層；粗機正弦信號繞組和粗機余弦信號繞組與精機正弦信號繞組和精機余弦信號繞組分兩層設置。
[0006]本發明的壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器信號繞組繞線方法，所述的方法包括下述步驟:
[0007]步驟一、任意選取一個過定子的軸線且不與定子齒相交的平面一，并以該平面一為基準，沿順時針方向將2NP個定子齒按照精機正弦相與精機余弦相交替地分成兩套NP個定子齒，再根據繞線方式將每相信號繞組的NP個定子齒均分為P部分；
[0008]步驟二、對于精機正弦信號繞組而言，從平面一開始沿順時針方向將第一部分的
N個定子齒分為兩組；當N為偶數時，在第一組f個定子齒上沿逆時針方向繞線，在第二組
!個定子齒上沿順時針方向繞線；當N為奇數時，在第一組￥個定子齒上沿逆時針方向
22繞線，在第二組￥個定子齒上沿順時針方向繞線；精機余弦信號繞組繞線方式與精機正弦信號繞組相同，相位上相差90°電角度，其他的P-1部分定子齒的繞線方式與上述的N為偶數時以及N為奇數時的繞線方式相同；
[0009]步驟三、再任意選取一個過定子的軸線且不與定子齒相交的平面二，并以該平面二為基準，沿順時針方向將2NP個定子齒按照粗機正弦相與粗機余弦相交替地分成兩套NP個定子齒，再根據繞線方式將每相信號繞組的NP個定子齒均分為P部分；
[0010]步驟四、對于粗機正弦信號繞組而言，從平面二開始沿順時針方向將第一部分的N個定子齒分為兩組；當N為偶數時，在第一組NP個定子齒上沿逆時針方向繞線，在第二組NP個定子齒上沿順時針方向繞線；當N為奇數時，在第一組NP個定子齒上沿逆時針方向繞線，在第二組NP個定子齒上沿順時針方向繞線；粗機余弦信號繞組繞線方式與粗機正弦信號繞組相同，相位上相差90°電角度，其他的部分定子齒的繞線方式與上述的N為偶數時以及N為奇數時的繞線方式相同。
[0011]本發明具有以下有益效果:
[0012]1、粗機正、余弦信號繞組與精機正、余弦信號繞組分兩層設置于定子齒上，粗機正、余弦信號繞組交替的分布于同一層，精機正、余弦信號繞組交替的分布于另一層。這種特殊的信號繞組繞線方式可以有效地節省空間與材料，更加適合應用于狹小空間。
[0013]2、本發明的壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器具有高精度，小體積的特點，不但機械強度好、使用安全，而且無需采用補償繞組或斜齒，結構緊湊、形式簡單、加工方便，因此適用范圍廣、領域寬，可應用于電動汽車、航空及航天等多種領域。
[0014]3、本發明的方法可以有效地降低諧波誤差含量，從而在已有的磁阻式旋轉變壓器基礎上提高測量精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器的結構示意圖；
[0016]圖2為壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器的粗機部分與精機部分的正余弦信號繞組匝數分布圖，圖中E指代精機正弦相，F指代精機余弦相，M指代粗機正弦相，G指代粗機余弦相，黑色區域表示為所對應信號繞組的匝數值，所對應信號繞組的匝數值在虛線空白區域為零；
[0017]圖3為壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器的轉子結構合成示意圖，圖中用X指代的圖表達的是P1 = P，其中P1表示一對極轉子；用Y指代的圖表達的是P2 = 1，其中己表示多對極轉子；用Z指代的圖表達的是P1與P2合成結構。
[0018]圖中公開的部件名稱及標號如下:
[0019]轉子1、定子2、氣隙3、粗機正弦信號繞組4、粗機余弦信號繞組5、精機正弦信號繞組6、精機余弦信號繞組7、勵磁繞組8、平面一 9、定子槽10、定子齒11、平面二 12。
【具體實施方式】
[0020]【具體實施方式】一:如圖1所示，壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器，包括定子2、轉子1、勵磁繞組8、粗機正弦信號繞組4、粗機余弦信號繞組5、精機正弦信號繞組6及精機余弦信號繞組7，定子2為圓筒形狀；定子2與轉子I之間具有不相等的氣隙3，定子2的內表面沿軸向加工有2NP個定子槽10和2NP個定子齒11，2NP個定子槽10沿定子2的內表面圓周均布設置，相鄰兩個定子槽10之間為所述的定子齒11 ;其中，N為自然數，N的取值范圍為2?15，P為轉子I極對數；勵磁繞組8安放在2NP個定子槽10中，且逐個定子槽10反向串聯，勵磁繞組8分布于各定子槽10中的匝數相等；粗機正弦信號繞組4與粗機余弦信號繞組5以單層繞線方式交替地纏繞于定子齒11上且位于同一層；精機正弦信號繞組6與精機余弦信號繞組7以單層繞線方式交替地纏繞于定子齒11上且位于同一層；粗機正弦信號繞組4和粗機余弦信號繞組5與精機正弦信號繞組6和精機余弦信號繞組7分兩層設置。
[0021]如圖1、圖3所示，所述的轉子I為徑向凸極結構，徑向凸極結構是一對極的正弦波形與P對極的正弦波形沿轉子I軸向疊加的合成結構。
[0022]優選的是:所述的定子2為由數個硅鋼片疊壓成的圓筒形狀的鐵心。此結構可有效地降低損耗。
[0023]優選的是:所述的粗機正弦信號繞組4的總匝數與粗機余弦信號繞組5總匝數相等；精機正弦信號繞組6的總匝數與精機余弦信號繞組7的總匝數相等。保證粗機正、余弦信號繞組的輸出電勢幅值相等以及精機正、余弦信號繞組的輸出電勢幅值相等。
[0024]【具體實施方式】二:如圖1、圖2所示，【具體實施方式】一所述的壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器信號繞組繞線方法，所述的粗機正弦信號繞組4、粗機余弦信號繞組5、精機正弦信號繞組6、精機余弦信號繞組7均為集中繞組，且按照正弦規律變化，所述的方法包括下述步驟:
[0025]步驟一、任意選取一個過定子2的軸線且不與定子齒11相交的平面一 9，并以該平面一 9為基準，沿順時針方向將2NP個定子齒11按照精機正弦相E與精機余弦相F交替地分成兩套NP個定子齒11，再根據繞線方式將每相信號繞組的NP個定子齒11均分為P部分；
[0026]步驟二、對于精機正弦信號繞組6而言，從平面一 9開始沿順時針方向將第一部分的N個定子齒11分為兩組；當N為偶數時，在第一組*個定子齒11上沿逆時針方向繞線，
N十 I
在第二組y個定子齒11上沿順時針方向繞線；當N為奇數時，在第一組+個定子齒11
上沿逆時針方向繞線，在第二組￥個定子齒11上沿順時針方向繞線；精機余弦信號繞組7繞線方式與精機正弦信號繞組6相同，相位上相差90°電角度，其他的P-ι部分定子齒11的繞線方式與上述的N為偶數時以及N為奇數時的繞線方式相同；P的取值范圍為> 1，根據電機的需要確定P的取值；
[0027]步驟三、再任意選取一個過定子2的軸線且不與定子齒11相交的平面二 12，并以該平面二 12為基準，沿順時針方向將2NP個定子齒11按照粗機正弦相M與粗機余弦相G交替地分成兩套NP個定子齒11，再根據繞線方式將每相信號繞組的NP個定子齒11均分為P部分；
[0028]步驟四、對于粗機正弦信號繞組4而言，從平面二 12開始沿順時針方向將第一部分的N個定子齒11分為兩組；當N為偶數時，在第一組NP個定子齒11上沿逆時針方向繞線，在第二組NP個定子齒11上沿順時針方向繞線；當N為奇數時，在第一組NP個定子齒
(11)上沿逆時針方向繞線，在第二組NP個定子齒(11)上沿順時針方向繞線；粗機余弦信號繞組5繞線方式與粗機正弦信號繞組4相同，相位上相差90°電角度，其他的P-1部分定子齒11的繞線方式與上述的N為偶數時以及N為奇數時的繞線方式相同；
[0029]粗機正弦信號繞組4的匝數表示為
[0030]
【權利要求】
1.一種壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器，包括定子(2)、轉子(I)、勵磁繞組(8)、粗機正弦信號繞組(4)、粗機余弦信號繞組(5)、精機正弦信號繞組(6)及精機余弦信號繞組(7)，定子(2)為圓筒形狀；其特征是:定子(2)與轉子(I)之間具有不相等的氣隙(3)，定子(2)的內表面沿軸向加工有2NP個定子槽(10)和2NP個定子齒(11)，2NP個定子槽(10)沿定子(2)的內表面圓周均布設置，相鄰兩個定子槽(10)之間為所述的定子齒(11)；其中，N為自然數，N的取值范圍為2?15，P為轉子⑴極對數；勵磁繞組⑶安放在2NP個定子槽(10)中，且逐個定子槽(10)反向串聯，勵磁繞組(8)分布于各定子槽(10)中的匝數相等；粗機正弦信號繞組(4)與粗機余弦信號繞組(5)以單層繞線方式交替地纏繞于定子齒(11)上且位于同一層；精機正弦信號繞組(6)與精機余弦信號繞組(7)以單層繞線方式交替地纏繞于定子齒(11)上且位于同一層；粗機正弦信號繞組(4)和粗機余弦信號繞組(5)與精機正弦信號繞組(6)和精機余弦信號繞組(7)分兩層設置。
2.根據權利要求1所述的壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器，其特征是:所述的轉子(I)為徑向凸極結構，徑向凸極結構是一對極的正弦波形與P對極的正弦波形沿轉子(I)軸向疊加的合成結構。
3.根據權利要求1所述的壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器，其特征是:所述的定子(2)為由數個硅鋼片疊壓成的圓筒形狀的鐵心。
4.根據權利要求1或2或3所述的壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器，其特征是:所述的粗機正弦信號繞組(4)的總匝數與粗機余弦信號繞組(5)總匝數相等；精機正弦信號繞組(6)的總匝數與精機余弦信號繞組(7)的總匝數相等。
5.一種權利要求4所述的壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器信號繞組繞線方法，其特征是:所述的方法包括下述步驟: 步驟一、任意選取一個過定子(2)的軸線且不與定子齒(11)相交的平面一(9)，并以該平面一(9)為基準，沿順時針方向將2NP個定子齒(11)按照精機正弦相(E)與精機余弦相(F)交替地分成兩套NP個定子齒(11)，再根據繞線方式將每相信號繞組的NP個定子齒(11)均分為P部分； 步驟二、對于精機正弦信號繞組(6)而言，從平面一(9)開始沿順時針方向將第一部分的N個定子齒(11)分為兩組；當N為偶數時，在第一組f個定子齒(11)上沿逆時針方向 NN + 1繞線，在第二組y個定子齒(11)上沿順時針方向繞線；當N為奇數時，在第一組γ個定子齒(11)上沿逆時針方向繞線，在第二組￥個定子齒(11)上沿順時針方向繞線；精機余弦信號繞組(J)繞線方式與精機正弦信號繞組(6)相同，相位上相差90°電角度，其他的P-1部分定子齒(11)的繞線方式與上述的N為偶數時以及N為奇數時的繞線方式相同；步驟三、再任意選取一個過定子(2)的軸線且不與定子齒(11)相交的平面二(12)，并以該平面二(12)為基準，沿順時針方向將2NP個定子齒(11)按照粗機正弦相(M)與粗機余弦相(G)交替地分成兩套NP個定子齒(11)，再根據繞線方式將每相信號繞組的NP個定子齒(11)均分為P部分； 步驟四、對于粗機正弦信號繞組(4)而言，從平面二(12)開始沿順時針方向將第一部分的N個定子齒(11)分為兩組；當N為偶數時，在第一組NP個定子齒(11)上沿逆時針方向繞線，在第二組NP個定子齒(11)上沿順時針方向繞線；當N為奇數時，在第一組NP個定子齒(11)上沿逆時針方向繞線，在第二組NP個定子齒(11)上沿順時針方向繞線；粗機余弦信號繞組(5)繞線方式與粗機正弦信號繞組(4)相同，相位上相差90°電角度，其他的P-1部分定子齒(11)的繞線方式與上述的N為偶數時以及N為奇數時的繞線方式相同。
6.根據權利要求5所述的壓縮式粗精耦合徑向磁路旋轉變壓器信號繞組繞線方法，其特征是: 粗機正弦信號繞組(4)的匝數表示為
粗機余弦信號繞組(5)的匝數表示為.(Αηπ π)
精機正弦信號繞組(6)的匝數表示為
精機余弦信號繞組(7)的匝數表示為.(Α4π π Λ
式中，WpWyWy W4分別為一個定子齒(11)上粗機正弦信號繞組(4)、粗機余弦信號繞組(5)、精機正弦信號繞組(6)、精機余弦信號繞組(7)的匝數，WpWyWpW4的值需要取整；W1, W2、W3> W4為負值時表示反向繞線；Q1、Q2> Q3> Q4分別為預取粗機正弦信號繞組⑷、粗機余弦信號繞組(5)、精機正弦信號繞組(6)、精機余弦信號繞組(7)匝數的幅值，Q1、Q2、Q3、Q4的單位為匝；ApA2分別為粗機正弦信號繞組(4)和粗機余弦信號繞組(5)中距平面二(12)的定子齒(11)個數.Α、A4分別為精機正弦信號繞組⑷和精機余弦信號繞組(5)中距平面一(9)的定子齒(11)個數A1與A2的取值范圍均為O~2NP，A3與A4的取值范圍均為O ~2N。
【文檔編號】H02K1/16GK104200971SQ201410474872
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】尚靜, 王昊, 劉承軍, 趙猛, 鄒繼斌, 徐永向, 劉雪緣 申請人:哈爾濱工業大學