可轴向移动的磁阻式旋转变压器

摘要

本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种磁阻式旋转变压器。可轴向移动的磁阻式旋转变压器，包括定子和转子，定子铁芯长度和转子铁芯长度不同，先确定定子或转子中较短一方铁芯长度，而较长一方铁芯采用如下方式确定：LC＝LD+LX+(2～4)δ。由于采用了上述技术方案，本发明设计的旋转变压器，在允许除做旋转运动外，同时可在一定范围内做轴向运动，而其参数和性能保持不变。

权利要求

1.可轴向移动的磁阻式旋转变压器，包括定子和转子，其特征在于，所述定子铁芯长度和所述转子铁芯长度不同，先确定定子或转子中较短一方铁芯长度，而较长一方铁芯采用如下方式确定：LC＝LD+LX+(2～4)δ  (1)其中，LC为定子或转子中较长一方铁芯长度；

LD为定子或转子中较短一方铁芯长度；

LX为定子和转子在做轴向运动时的最大距离；

δ为定子和转子之间的气隙长度；

采用如下方法计算有效铁芯长度Le：当所述定子铁芯长度和所述转子铁芯长度一致、或所述定子铁芯长度和所述转子铁芯长度相差值不大于3倍气隙δ时：其中，Le为有效铁芯长度；

LS为定子铁芯长度；

LR为转子铁芯长度；

δ为定子和转子之间的气隙长度；

当所述定子铁芯长度和所述转子铁芯长度相差值ΔL＝|Ls-LR|＞3δ时：Le＝LD+lδ  (3)lδ＝4δ  (4)

其中，Le为有效铁芯长度；

LD为定子或转子中较短一方铁芯长度；

lδ为长度增加值；

δ为定子和转子之间的气隙长度；

所述转子铁芯长度短于所述定子铁芯长度。

说明书

可轴向移动的磁阻式旋转变压器

技术领域

[0001] 本发明涉及旋转变压器技术领域，尤其涉及一种磁阻式旋转变压器。

背景技术

[0002] 在一般的旋转运动中，运动部件在轴承的支撑下，只做旋转运动。静止部分和转动部分之间轴向的相对位置是不做变化的。但在某些特殊场合下，除了要求运动部件做旋转运动之外，还需做轴向运动。这就要求与之相配的速度和位置传感元件，也必须有这样功能。旋转变压器是用在做旋转运动时的角度位置和旋转速度的传感器。传统旋转变压器的结构和原理只适应做旋转运动，而不能同时允许轴向移动，否则参数和性能会发生变化、变坏，而无法起到应有的作用。

[0003] 传统旋转变压器的定子和转子的轴向尺寸，一般都是设计成相等或相近。这样的设计既能保证性能，又能节省空间。但当有轴向偏移时，磁路耦合情况发生变化，电磁参数和性能都会发生变化，如图1所示，定子1、转子2，图1a)是定转子铁芯长度相等的情况，图1b)是定转子铁芯长度不等的情况、转子铁芯长比定子铁芯略长；这两情况下定转子铁芯的轴向中心是重合的，定转子之间彼此可以实现全覆盖。图1c)是有轴向偏移的情况，定转子的磁中心线不相重和(图中以Δd表示偏移量)。可以看出，随着转子轴向位移的加大，彼此相覆盖的面积逐渐减小。这时，与定转子轴向铁芯中心相重合时相比，由于耦合面积减小，输出信号减小、电气误差变大，其他电磁参数也要相应发生变化。若轴向变化过大，以至于彼此脱离，那时就没有耦合了。那么当存在图1c)这种在有轴向偏移时，如何确定铁芯长度是关键。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于，提供一种可轴向移动的磁阻式旋转变压器，解决以上技术问题。

[0005] 本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

[0006] 可轴向移动的磁阻式旋转变压器，包括定子和转子，所述定子铁芯长度和所述转子铁芯长度不同，首先确定定子或转子中较短一方铁芯长度，而较长一方铁芯采用如下方式确定：

[0007] LC＝LD+LX+(2～4)δ   (1)

[0008] 其中，LC为定子或转子中较长一方铁芯长度；

[0009] LD为定子或转子中较短一方铁芯长度；

[0010] LX为定子和转子在做轴向运动时的最大距离；

[0011] δ为定子和转子之间的气隙长度。

[0012] 当定子铁芯长度和所述转子铁芯长度不同时，较短一方铁芯长度可以根据电磁参数及结构需要，采用传统方法计算，来确定长度。

[0013] 在所有轴向运动中，较长一方铁芯必须完全覆盖较短一方铁芯，本发明采用上述方式确定铁芯长度，使得在有轴向偏移时，定子和转子彼此覆盖的面积仍能保持不变，同时解决由于轴向偏移带来的计算中问题，确定合适的、正确的几何尺寸，实现性能不变、参数不变。

[0014] 采用上述原则的旋转变压器，作为角度、速度传感器使用时，允许除做旋转运动外，同时可在一定范围内做轴向运动，而其参数和性能保持不变。

[0015] 在电磁计算中，有效铁芯长度是指参与计算的长度，不同于一般实际的铁芯长度，有效铁芯长度必须考虑到磁场的端部边缘效应，本发明采用如下方法计算有效铁芯长度Le：

[0016] 当所述定子铁芯长度和所述转子铁芯长度一致、或所述定子铁芯长度和所述转子铁芯长度相差值不大于3倍气隙δ时：

[0017]

[0018] 其中，Le为有效铁芯长度；

[0019] LS为定子铁芯长度；

[0020] LR为转子铁芯长度；

[0021] δ为定子和转子之间的气隙长度；

[0022] 当所述定子铁芯长度和所述转子铁芯长度相差值ΔL＝|Ls-LR|＞3δ时：

[0023] Le＝LD+lδ   (3)

[0024] lδ＝4δ   (4)

[0025] 其中，Le为有效铁芯长度；

[0026] LD为定子或转子中较短一方铁芯长度；

[0027] lδ为长度增加值；

[0028] δ为定子和转子之间的气隙长度。

[0029] 在设计中，定子或转子铁芯长度的确定是关键。在电磁设计中，和气隙及铁芯长度有关的参数是计算有效铁芯长度Le。定转子之间的气隙的径向尺寸称作为气隙长度，在作电磁计算时，应考虑到气隙的边缘效应，所以不能简单的把几何上的铁芯长度尺寸当作电磁计算参数。本发明的电磁设计方法，能解决由于轴向偏移带来的计算问题。

[0030] 在所述定子铁芯长度和所述转子铁芯长度不同时，可以根据具体情况选择长短，但是优选采用所述转子铁芯长度长于所述定子铁芯长度。

[0031] 有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明设计的旋转变压器，在允许除做旋转运动外，同时可在一定范围内做轴向运动，而其参数和性能保持不变。

附图说明

[0032] 图1a)为定转子铁芯长度相等时的结构示意图；

[0033] 图1b)为定转子铁芯不等时的结构示意图；

[0034] 图1c)为定转子铁芯轴向偏移时的结构示意图；

[0035] 图2a)为长转子型的结构示意图；

[0036] 图2b)为长定子型的结构示意图；

[0037] 图3a)为定转子铁芯轴向中心线一致时的位置示意图；

[0038] 图3b)为转子轴向向左移动最大时的位置示意图；

[0039] 图3c)为转子轴向向右移动最大时的位置示意图；

[0040] 图4a)为定转子铁芯相等时的磁场示意图；

[0041] 图4b)为定转子铁芯不等时的磁场示意图；

[0042] 图4c)为定转子铁芯长度相差大于3δ情况下的磁场示意图。

具体实施方式

[0043] 为了本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

[0044] 参照图2至图4，可轴向移动的磁阻式旋转变压器，包括定子1和转子2，如图2所示，图2a)的转子铁芯长度长于定子铁芯长度，图2b)的转子铁芯长度短于定子铁芯长度，可以根据具体情况选择长短，但是优选采用转子铁芯长度长于定子铁芯长度。图2中，Ls为定子铁芯长度，LR为转子铁芯长度，δ为定转子之间的气隙长度。

[0045] 在设计中，定子或转子铁芯长度的确定是关键。在电磁设计中，和气隙及铁芯长度有关的参数是计算有效铁芯长度Le。定转子之间的气隙的径向尺寸作为气隙，在作电磁计算时，应考虑到气隙的边缘效应，所以不能简单的把几何上的铁芯长度尺寸当作电磁计算参数。如图4所示，主气隙磁场3、边缘气隙磁场4，图4a)是定转子铁芯长度相等时的情况，图4b)是定转子铁芯长度有较小的差别时的情况，图4c)是定转子铁芯长度相差值ΔL＝|Ls-LR|＞3δ时的情况。边缘效应对磁路计算的影响相当繁复，本发明采用如下方法计算有效铁芯长度Le：

[0046] 当定子铁芯长度和转子铁芯长度一致、或定子铁芯长度和转子铁芯长度相差值不大于3倍气隙δ时，即图4a)和图4b)情况下：

[0047]

[0048] 其中，Le为有效铁芯长度；

[0049] LS为定子铁芯长度；

[0050] LR为转子铁芯长度；

[0051] δ为定子和转子之间的气隙长度；

[0052] 当定子铁芯长度和转子铁芯长度相差值ΔL＝|Ls-LR|＞3δ时，即图4c)情况下：

[0053] Le＝LD+lδ

[0054] lδ＝4δ

[0055] 其中，Le为有效铁芯长度；

[0056] LD为定子或转子中较短一方铁芯长度；

[0057] lδ为长度增加值；

[0058] δ为定子和转子之间的气隙长度。

[0059] 除了上述计算有效铁芯长度Le的取值问题之外，还必须考虑较长一方铁芯长度的确定问题。如图3所示，转子铁芯长度长于定子铁芯长度，定转子做轴向移动时的位置情况，Lx为轴向运动的最大距离。图3a)是定转子中心线一致时的情况，其中定子作为较短一方铁芯长度LD，转子作为较长一方铁芯长度LC。图3b)是转子向左移动最大时的位置(Lx/2)，图3c)是转子向右移动最大时的位置(Lx/2)。

[0060] 本发明采用如下方式计算定转子铁芯长度：

[0061] 1)根据电磁参数及结构需要，确定定子或转子中较短一方铁芯长度。计算确定方法与传统方法一致，在此不再详述。

[0062] 2)在所有轴向运动中，较长一方铁芯必须完全覆盖较短一方铁芯，较长一方铁芯确定的计算公式为：

[0063] LC＝LD+LX+(2～4)δ

[0064] 其中，LC为定子或转子中较长一方铁芯长度；

[0065] LD为定子或转子中较短一方铁芯长度；

[0066] LX为定子和转子在做轴向运动时的最大距离；

[0067] δ为定子和转子之间的气隙长度。

[0068] 实施例一：

[0069] 一做旋转运动系统，同时要在轴向做30mm的运动，需要一个既能精确传感旋转的角度信号又能做轴向30mm运动的磁阻式旋转变压器。运动系统的控制电机是4对极，所以以本发明为基础设计的磁阻式旋转变压器也设计成4对极。

[0070] 1)由电磁设计决定，定子铁芯轴向长度LD取5mm，气隙δ取为0.65mm，LX为30mm。这样，转子铁芯长度LC：

[0071] LC＝5+30+3×0.65＝36.95mm

[0072] 2)ΔL＝|Ls-LR|＝|36.95-5|＝34.95mm＞3δ，这样有效铁芯长度Le：

[0073] Le＝5+4×0.65＝7.6mm。

[0074] 以上显示和描述本发明的基本原理和主要特征本发明的优点。本行业的技术人员应该了解本发明不受上述使用方法的限制，上述使用方法和说明书中描述的只是说本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护本发明范围内本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。