磁阻式旋转变压器的定子及磁阻式旋转变压器

摘要

本发明适用于变压器领域，公开了磁阻式旋转变压器的定子及具有该定子的磁阻式旋转变压器，磁阻式旋转变压器的定子包括定子铁芯、励磁绕组、正弦输出绕组和余弦输出绕组，定子铁芯包括若干个定子齿，定子齿包括奇数齿和偶数齿，励磁绕组绕设于所有或一部分的定子齿上并在其绕设的各定子齿上分别形成一个励磁线圈，正弦输出绕组绕设于一部分的奇数齿上并在其绕设的各奇数齿上分别形成一个正弦输出线圈，余弦输出绕组绕设于一部分的偶数齿上并在其绕设的各偶数齿上分别形成一个余弦输出线圈，各励磁线圈的匝数均相等，各正弦输出线圈的匝数均相等，各余弦输出线圈的匝数均相等。本发明简化了绕线生产工艺和提高了产品质量的可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于变压器领域，尤其涉及磁阻式旋转变压器的定子及具有该定子 的磁阻式旋转变压器。

背景技术

磁阻式旋转变压器由于具有轴向尺寸小、可靠性高、抗干扰能力强等 优点，而被广泛应用于混合动力或纯电动的汽车和数控机床中。磁阻式旋转 变压器具体包括定子铁芯、转子铁芯、励磁绕组、正弦输出绕组和余弦输出 绕组，励磁绕组、正弦输出绕组和余弦输出绕组绕设于定子铁芯的定子齿上 并分别形成若干个励磁线圈、正弦输出线圈和余弦输出线圈。

如图6所示，现有的磁阻式旋转变压器的定子1＇中，定子铁芯11＇ 的同一定子齿112＇上一般同时绕设有励磁线圈12＇、正弦输出线圈13＇和 余弦输出线圈14＇，从而导致现有的磁阻式旋转变压器在具体应用中存在以 下不足之处：1)同一定子齿112＇的绕线工艺复杂，且不易保证各线圈位 置的对称性，影响了产品的检测精度；2)在同一定子齿112＇上进行多次 绕线操作容易导致绝缘破损，进而容易造成短路现象，并增加了产品的废品 率；3)正弦输出线圈13＇和余弦输出线圈14＇在每个定子齿112＇上的匝 数均按正弦分布，互不相同，进一步增加了绕线的难度。由此可见，现有磁 阻式旋转变压器对绕线生产工艺要求极高，且不易保证产品性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了磁阻式旋转变压器的 定子及具有该定子的磁阻式旋转变压器，其旨在解决现有磁阻式旋转变压器对 绕线生产工艺要求极高、且产品可靠性低的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：磁阻式旋转变压器的定子， 包括定子铁芯、励磁绕组、正弦输出绕组和余弦输出绕组，所述定子铁芯包括 定子轭和若干个设于所述定子轭上的定子齿，所述定子齿包括沿圆周方向交替 设置的奇数齿和偶数齿，所述励磁绕组绕设于所有或一部分的所述定子齿上并 在其绕设的各所述定子齿上分别形成一个励磁线圈，所述正弦输出绕组绕设于 一部分的所述奇数齿上并在其绕设的各所述奇数齿上分别形成一个正弦输出线 圈，所述余弦输出绕组绕设于一部分的所述偶数齿上并在其绕设的各所述偶数 齿上分别形成一个余弦输出线圈，各所述励磁线圈的匝数均相等，各所述正弦 输出线圈的匝数均相等，各所述余弦输出线圈的匝数均相等。

优选地，所述定子齿的数量为十二的整数倍，且该整数倍大于或等于一倍。

优选地，各所述正弦输出线圈的匝数与各所述余弦输出线圈的匝数均相同。

优选地，所述正弦输出线圈的数量与所述余弦输出线圈的数量相同。

优选地，一半数量的所述正弦输出线圈的绕向与另一半数量的所述正弦输 出线圈的绕向相反，一半数量的所述余弦输出线圈的绕向与另一半数量的所述 余弦输出线圈的绕向相反。

作为本发明的一具体实施方案，所述励磁线圈的数量为所述定子齿的数量 的三分之一，任意相邻两所述励磁线圈之间均间隔设有两个所述定子齿，且任 意相邻两所述励磁线圈的绕向均相同。

作为本发明的另一具体实施方案，所述励磁线圈的数量与所述定子齿的数 量相同，各所述励磁线圈分别绕设于各所述定子齿上，且任意相邻两所述励磁 线圈的绕向相反。

优选地，同一所述定子齿上的所述励磁线圈与所述正弦输出线圈沿所述定 子铁芯的径向错开设置，同一所述定子齿上的所述励磁线圈与所述余弦输出线 圈沿所述定子铁芯的径向错开设置；或者，同一所述定子齿上的所述励磁线圈 与所述正弦输出线圈内外层叠设置，同一所述定子齿上的所述励磁线圈与所述 余弦输出线圈内外层叠设置。

作为本发明的又一具体实施方案，所述励磁线圈的数量为所述定子齿的数 量的二分之一，各所述励磁线圈分别绕设于各所述奇数齿或各所述偶数齿上， 且任意相邻两所述励磁线圈的绕向均相同。

进一步地，本发明还提供了磁阻式旋转变压器，其包括转子铁芯上述的磁 阻式旋转变压器的定子，所述定子铁芯的各所述定子齿围合形成一中心孔，所 述转子铁芯穿设于所述中心孔内；或者，所述转子铁芯上设有轴向通孔，所述 磁阻式旋转变压器的定子穿设于所述轴向通孔内。

本发明提供的磁阻式旋转变压器的定子及具有该定子的磁阻式旋转变压 器，通过将正弦输出绕组和余弦输出绕组分开绕制于不同的定子齿上，在满足 磁阻式旋转变压器输出信号设计要求的前提下，一方面可简化同一定子齿上的 绕线工艺；另一方面可减少同一定子齿上的绕线操作次数，从而利于减少由于 多次绕线操作导致绝缘破损并造成短路的现象，进而减少了产品的废品率，并 提高了产品的质量可靠性。同时，其通过将各励磁线圈的匝数、各正弦输出线 圈的匝数、各余弦输出线圈的匝数均设为恒定值，可进一步简化绕线工艺和降 低绕线的难度。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的磁阻式旋转变压器的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的磁阻式旋转变压器的输出信号检测图；

图3是本发明实施例二提供的磁阻式旋转变压器的结构示意图；

图4是本发明实施例三提供的磁阻式旋转变压器的结构示意图；

图5是本发明实施例四提供的磁阻式旋转变压器的结构示意图；

图6是现有技术提供的磁阻式旋转变压器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的磁阻式旋转变压器的定子，包括定子铁芯、励磁绕组、 正弦输出绕组和余弦输出绕组，定子铁芯包括定子轭和若干个设于定子轭上的 定子齿，定子齿包括沿圆周方向交替设置的奇数齿和偶数齿，励磁绕组绕设于 所有或一部分的定子齿上并在其绕设的各定子齿上分别形成一个励磁线圈，正 弦输出绕组绕设于一部分的奇数齿上并在其绕设的各奇数齿上分别形成一个正 弦输出线圈，余弦输出绕组绕设于一部分的偶数齿上并在其绕设的各偶数齿上 分别形成一个余弦输出线圈，各励磁线圈的匝数均相等，各正弦输出线圈的匝 数均相等，各余弦输出线圈的匝数均相等。任意两相邻定子齿均是一个奇数齿 和一个偶数齿的组合，奇数齿和偶数齿的定义主要用于辨别沿周向依次排序的 定子齿的相对位置，从而可便于描述正弦输出线圈和余弦输出线圈的周向分布 相对位置。励磁绕组为输入绕组，正弦输出绕组和余弦输出绕组分别为两个输 出绕组，励磁绕组由各励磁线圈连接而成，正弦输出绕组由各正弦输出线圈连 接而成，余弦输出绕组由各余弦输出线圈连接而成。任意相邻两定子齿之间形 成一个定子槽，定子槽的宽度应设计得足够大以防止绕制于相邻定子齿上的两 线圈(线圈具体可为励磁线圈或正弦输出线圈或余弦输出线圈中的一种)在圆 周方向产生接触干涉现象，并可保证各励磁线圈、正弦输出线圈、余弦输出线 圈的匝数满足设计要求。本发明实施例提供的磁阻式旋转变压器的定子及具有 该定子的磁阻式旋转变压器，通过将正弦输出绕组和余弦输出绕组分开绕制于 不同的定子齿上，在满足磁阻式旋转变压器输出信号设计要求的前提下，一方 面可简化同一定子齿上的绕线工艺；另一方面可减少同一定子齿上的绕线操作 次数，从而利于减少由于多次绕线操作导致绝缘破损并造成短路的现象，进而 减少了产品的废品率，并提高了产品的质量可靠性。同时，其通过将各励磁线 圈的匝数、各正弦输出线圈的匝数、各余弦输出线圈的匝数均设为恒定值，可 进一步简化绕线工艺和降低绕线的难度。

以下结合具体实施例和具体附图进行详细描述本发明的几个具体实施方 案：

实施例一：

如图1和图2所示，作为本发明的具体实施例一，励磁绕组绕设于三分之 一数量的定子齿112上并在该三分之一数量的各定子齿112上分别形成一个励 磁线圈12，即励磁线圈12的数量为定子齿112的数量的三分之一，任意相邻 两励磁线圈12之间均间隔设有两个定子齿112，且任意相邻两励磁线圈12的 绕向均相同。本实施例，将各励磁线圈12、正弦输出线圈13量和余弦输出线 圈14分别绕制于不同的定子齿112上，实现了励磁绕组、正弦输出绕组和余弦 输出绕组的完全分离绕制，且由于两输出绕组的线圈匝数均为恒定值，故，其 在保证磁阻式旋转变压器的输出信号满足设计要求的前提下，可达到简化绕线 工艺、提高产品成品率和提高产品质量可靠性的目的。

优选地，定子齿112的数量为大于零的偶数，这样，奇数齿的数量与偶数 齿的数量相等，从而利于保证定子铁芯11的结构对称性和各励磁线圈12、正 弦输出线圈13、余弦输出线圈14绕制于定子铁芯11上的对称性。

更为优选地，定子齿112的数量为十二的整数倍，且该整数倍大于或等于 一倍，这样，在满足磁阻式旋转变压器输出信号设计要求的前提下，可利于优 化各励磁线圈12、正弦输出线圈13、余弦输出线圈14的绕线工艺。

优选地，各正弦输出线圈13的匝数与各余弦输出线圈14的匝数均相同， 这样，利于进一步简化正弦输出线圈13和余弦输出线圈14的绕线工艺和降低 绕线的难度。

优选地，正弦输出线圈13的数量与余弦输出线圈14的数量相同，这样， 利于保证各正弦输出线圈13和余弦输出线圈14绕制于定子铁芯11上的对称 性。

优选地，一半数量的正弦输出线圈13的绕向与另一半数量的正弦输出线圈 13的绕向相反，一半数量的余弦输出线圈14的绕向与另一半数量的余弦输出 线圈14的绕向相反。

进一步地，本实施例还提供了磁阻式旋转变压器，其包括转子铁芯2和上 述的磁阻式旋转变压器的定子1，定子铁芯11的各定子齿112围合形成一中心 孔110，转子铁芯2穿设于中心孔110内。本实施例提供的磁阻式旋转变压器， 由于采用了上述的磁阻式旋转变压器的定子1，故在保证磁阻式旋转变压器输 出信号满足设计要求的前提下，一方面可简化磁阻式旋转变压器的生产工艺； 另一方面可提高产品的成品率和质量可靠性。本实施例提供的磁阻式旋转变压 器为内转子结构，当然了，具体应用中，也可将磁阻式旋转变压器设计为外转 子结构，即：转子铁芯2上设有轴向通孔(图未示)，磁阻式旋转变压器的定 子1穿设于轴向通孔内。

优选地，转子铁芯2的外周壁凸设有凸起21，且凸起21的数量为一或五 或七的整数倍，且该整数倍大于或等于一倍，凸起21的数量与转子铁芯2的极 对数相同。这样，利于保证磁阻式旋转变压器的输出信号满足设计要求。更优 选地，本实施例中，凸起21的数量为五的整数倍。

如图1所示，作为本实施例的一最优选实施方案，定子齿112的数量为十 二，转子铁芯2上的凸起21数量为五个，励磁绕组由四个匝数相同的励磁线圈 12连接而成，正弦输出绕组由四个匝数相同的正弦输出线圈13连接而成，余 弦输出绕组由四个匝数相同的余弦输出线圈14连接而成。为了便于描述各励磁 线圈12、正弦输出线圈13和余弦输出线圈14的分布位置，本实施例将各定子 齿112沿圆周方向依次标序为一号齿、二号齿、三号齿、四号齿、五号齿、六 号齿、七号齿、八号齿、九号齿、十号齿、十一号齿、十二号齿，其中，各定 子齿112上绕制的线圈种类、线圈匝数和绕向(用正向和负向表示相对相反的 方向)为：

一号齿：线圈种类为励磁线圈12，匝数为七十，绕向为正向；

二号齿：线圈种类为余弦输出线圈14，匝数为一百二十，绕向为正向；

三号齿：线圈种类为正弦输出线圈13，匝数为一百二十，绕向为负向；

四号齿：线圈种类为励磁线圈12，匝数为七十，绕向为正向；

五号齿：线圈种类为正弦输出线圈13，匝数为一百二十，绕向为负向；

六号齿：线圈种类为余弦输出线圈14，匝数为一百二十，绕向为负向；

七号齿：线圈种类为励磁线圈12，匝数为七十，绕向为正向；

八号齿：线圈种类为余弦输出线圈14，匝数为一百二十，绕向为负向；

九号齿：线圈种类为正弦输出线圈13，匝数为一百二十，绕向为正向；

十号齿：线圈种类为励磁线圈12，匝数为七十，绕向为正向；

十一号齿：线圈种类为正弦输出线圈13，匝数为一百二十，绕向为正向；

十二号齿：线圈种类为余弦输出线圈14，匝数为一百二十，绕向为正向。

如图2所示，采用上述各励磁线圈12、正弦输出线圈13和余弦输出线圈 14的绕设方式，可使磁阻式旋转变压器的输出信号满足按正、余弦曲线输出的 设计要求。同时，其将各励磁线圈12、正弦输出线圈13量和余弦输出线圈14 分别绕制于不同的定子齿112上，实现了励磁绕组、正弦输出绕组和余弦输出 绕组的完全分离绕制，且由于两输出绕组的线圈匝数均为恒定值，故，其在保 证磁阻式旋转变压器的输出信号满足设计要求的前提下，极大程度地简化了磁 阻式旋转变压器的生产工艺，并提高了产品的质量可靠性和成品率。

实施例二：

如图3所示，作为本发明的具体实施例二，励磁绕组绕设于所有的定子齿 112上并在各定子齿112上分别形成一个励磁线圈12，即励磁线圈12的数量与 定子齿112的数量相同，各励磁线圈12分别绕设于各定子齿112上，且任意相 邻两励磁线圈12的绕向相反。本实施例，每个定子齿112上均绕制有励磁线圈 12，由于正弦输出线圈13和余弦输出线圈14这两种不同相的输出绕组线圈是 绕制于不同的定子齿112上的，故，同一个定子齿112上最多会同时绕设有输 入绕组线圈与一种输出绕组线圈，而不会出现两种不同相的输出绕组线圈绕制 于同一定子齿112上的情形，其在满足磁阻式旋转变压器输出信号设计要求的 前提下，可达到简化同一定子齿112上的绕线工艺和提高产品质量可靠性的目 的。

优选地，当同一定子齿112上同时绕设有励磁线圈12与正弦输出线圈13 时，则该定子齿112上的励磁线圈12与正弦输出线圈13沿定子铁芯11的径向 错开设置；当同一定子齿112上同时绕设有励磁线圈12与余弦输出线圈14时， 则该定子齿112上的励磁线圈12与余弦输出线圈14沿定子铁芯11的径向错开 设置。这样，使得励磁线圈12与正弦输出线圈13或者励磁线圈12与余弦输出 线圈14不会层叠绕设于定子齿112上，其利于减少励磁线圈12与正弦输出线 圈13、余弦输出线圈14之间的干扰现象，提高产品的质量可靠性，并利于简 化绕线工艺。

更优选地，各励磁线圈12均绕设于定子齿112之靠近齿根(靠近定子1 轭)的位置处，各正弦输出线圈13和各余弦输出线圈14均绕设于定子齿112 之靠近齿冠(靠近中心孔110)的位置处。

当然了，具体应用中，同一定子齿112上的励磁线圈12与正弦输出线圈 13也可内外层叠设置(即同一定子齿112上励磁线圈12包覆于正弦输出线圈 13外或者正弦输出线圈13包覆于励磁线圈12外)，同一定子齿上的励磁线圈 与余弦输出线圈14也可内外层叠设置(即同一定子齿112上励磁线圈12包覆 于余弦输出线圈14外或者余弦输出线圈14包覆于励磁线圈12外)。

本实施例提供的磁阻式旋转变压器的定子1上，定子齿112的数量、正弦 输出线圈13的数量、余弦输出线圈14的数量、各正弦输出线圈13的匝数、各 余弦输出线圈14的匝数、各正弦输出线圈13与各余弦输出线圈14的相对绕向、 各正弦输出线圈13与各余弦输出线圈14的相对周向分布位置的设计原理均与 实施例一中的设计原理相同，具体可参见实施例一，在此不再详述。本实施例 与实施例一不同的是：励磁线圈12的数量、相邻两励磁线圈12的绕向及励磁 线圈12的分布位置。本实施虽然只实现了励磁线圈12、正弦输出绕组和余弦 输出绕组的部分分离绕制，但实现了正弦输出绕组和余弦输出绕组的完全分离 绕制，同时，由于两输出绕组的线圈匝数均为恒定值，故，其在保证磁阻式旋 转变压器的输出信号满足设计要求的前提下，也极大程度地简化了磁阻式旋转 变压器的生产工艺，并提高了产品的质量可靠性和成品率。

本实施例也提供了磁阻式旋转变压器，其包括转子铁芯2和上述的磁阻式 旋转变压器的定子1，定子铁芯11的各定子齿112围合形成一中心孔110，转 子铁芯2穿设于中心孔110内。本实施例提供的磁阻式旋转变压器，在保证磁 阻式旋转变压器输出信号满足设计要求的前提下，也可简化磁阻式旋转变压器 的生产工艺和提高产品的成品率、质量可靠性。本实施例提供的磁阻式旋转变 压器为内转子结构，当然了，具体应用中，也可将磁阻式旋转变压器设计为外 转子结构，即：转子铁芯2上设有轴向通孔(图未示)，磁阻式旋转变压器的 定子1穿设于轴向通孔内。

本实施例中，转子铁芯2的外周壁上凸设的凸起21数量的设计原理与实施 例一中的设计原理相同，具体可参见实施例一，在此不再详述。

实施例三：

如图4所示，作为本发明的具体实施例三，励磁线圈12的数量为定子齿 112的数量的二分之一，各励磁线圈12分别绕设于各奇数齿或各偶数齿上，且 任意相邻两励磁线圈12的绕向均相同。本实施例，励磁线圈12的数量为定子 齿112的数量的二分之一，且任意相邻的两励磁线圈12之间均间隔有一个定子 齿112。本实施例，在所有的奇数齿或偶数齿上绕制励磁线圈12，由于正弦输 出线圈13和余弦输出线圈14这两种不同相的输出绕组线圈是绕制于不同的定 子齿112上的，故，同一个定子齿112上最多会同时绕设有输入绕组线圈与一 种输出绕组线圈，而不会出现两种不同相的输出绕组线圈绕制于同一定子齿 112上的情形，其在满足磁阻式旋转变压器输出信号设计要求的前提下，也可 达到简化同一定子齿112上的绕线工艺和提高产品质量可靠性的目的。

本实施例提供的磁阻式旋转变压器的定子1上，正弦输出线圈13、余弦输 出线圈14与励磁线圈12相对径向分布位置的设计原理与实施例二相同，即： 当同一定子齿112上同时绕设有励磁线圈12与正弦输出线圈13时，则该定子 齿112上的励磁线圈12与正弦输出线圈13可沿定子铁芯11的径向错开设置， 也可内外层叠设置；当同一定子齿112上同时绕设有励磁线圈12与余弦输出线 圈14时，则该定子齿112上的励磁线圈12与余弦输出线圈14可沿定子铁芯 11的径向错开设置，也可内外层叠设置；且，各励磁线圈12均优选绕设于定 子齿112之靠近齿根(靠近定子1轭)的位置处，各正弦输出线圈13和各余弦 输出线圈14均优选绕设于定子齿112之靠近齿冠(靠近中心孔110)的位置处， 具体可参见实施例二。

本实施例提供的磁阻式旋转变压器的定子1上，定子齿112的数量、正弦 输出线圈13的数量、余弦输出线圈14的数量、各正弦输出线圈13的匝数、各 余弦输出线圈14的匝数、各正弦输出线圈13与各余弦输出线圈14的相对绕向、 各正弦输出线圈13与各余弦输出线圈14的相对周向分布位置、相邻两励磁线 圈12的绕向的设计原理均与实施例一中的设计原理相同，具体可参见实施例 一，在此不再详述。本实施例与实施例一不同的是：励磁线圈12的数量及励磁 线圈12的分布位置。本实施虽然只实现了励磁线圈12、正弦输出绕组和余弦 输出绕组的部分分离绕制，但实现了正弦输出绕组和余弦输出绕组的完全分离 绕制，同时，由于两输出绕组的线圈匝数均为恒定值，故，其在保证磁阻式旋 转变压器的输出信号满足设计要求的前提下，也极大程度地简化了磁阻式旋转 变压器的生产工艺，并提高了产品的质量可靠性和成品率。

本实施例也提供了磁阻式旋转变压器，其包括转子铁芯2和上述的磁阻式 旋转变压器的定子1，定子铁芯11的各定子齿112围合形成一中心孔110，转 子铁芯2穿设于中心孔110内。本实施例提供的磁阻式旋转变压器，在保证磁 阻式旋转变压器输出信号满足设计要求的前提下，也可简化磁阻式旋转变压器 的生产工艺和提高产品的成品率、质量可靠性。本实施例提供的磁阻式旋转变 压器为内转子结构，当然了，具体应用中，也可将磁阻式旋转变压器设计为外 转子结构，即：转子铁芯2上设有轴向通孔(图未示)，磁阻式旋转变压器的 定子1穿设于轴向通孔内。

本实施例中，转子铁芯2的外周壁上凸设的凸起21数量的设计原理与实施 例一中的设计原理相同，具体可参见实施例一，在此不再详述。

实施例四：

如图5所示，本实施例提供的磁阻式旋转变压器的定子1的设计原理与实 施例一中磁阻式旋转变压器的定子1的设计原理相同，具体可参见实施一，在 此不再详述。

本实施例提供的磁阻式旋转变压器与实施例一不同的是转子铁芯2的凸起 21的设置数量，本实施例中转子铁芯2的凸起21的设置数量与优选为七的整 数倍，一最优选实施方案，定子齿112的数量为十二，转子铁芯2上的凸起21 数量为七个。本实施例提供的磁阻式旋转变压器，也可使磁阻式旋转变压器的 输出信号满足设计要求。本实施例表明，本发明的同一磁阻式旋转变压器的定 子1，可与两种不同极对数的转子铁芯2配合，利于产品的系列化设计。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。