[发明专利]一种圆柱式感应同步器

说明书

技术领域

本发明涉及一种圆柱式感应同步器，应用于旋转轴机构的自动测量系统和自动控制系统，作为高精度的角位置检测元件，属于自动化技术领域。

背景技术

感应同步器是一种高精度的微控制电机，现有的感应同步器分为直线式和圆盘式两种结构形式。其中，直线式感应同步器用于测量直线位移，圆盘式感应同步器用于测量转角位移。

圆盘式感应同步器的结构如图1所示，转子圆盘基板1采用约10mm厚的环形金属板，转子圆盘基板上设置四或八个转子安装固定孔2和转子通轴孔3，在转子圆盘基板圆环形平面敷设约0.5mm厚环氧树脂材料的转子绕组绝缘层4，粘压一层约0.06mm厚的铜箔并采用机刻或蚀刻工艺制成环形平面转子绕组5，转子绕组图形如图2所示，为单相连续绕组。转子绕组平面上粘压一层厚约0.02mm的屏蔽层铝箔6，屏蔽层与转子绕组绝缘层与转子圆盘短路。转子安装固定孔2附近安装耦合变压器转子环形绕组7。定子圆盘基板8采用约10mm厚的环形金属板，定子圆盘基板上设置了四或八个定子安装固定孔9和定子通轴孔10，在定子圆盘基板圆环形平面敷设约0.5mm厚环氧树脂材料的定子绕组绝缘层11，粘压一层约0.06mm厚的铜箔并采用机刻或蚀刻工艺制成环形平面定子绕组12，定子绕组图形如图3所示，为正、余弦两相绕组，两相绕组分段间隔排列，定子通轴孔10附近安装耦合变压器定子环形绕组13。

为了便于安装调试和使用，环形转子圆盘的外径一般小于环形定子圆盘的外径，转子通轴内径一般小于定子通轴内径。圆盘式感应同步器按照定子环形圆盘外径D_p的尺寸，一般有2～15英时各种规格。转子和定子安装间隙0.1mm～0.3mm。转子连续绕组和定子同相同段绕组的每两个相邻的绕组线圈构成一对级，这两个线圈电磁方向相反，每对级电角度2π为一个周期。绕组极对数一般设置180、360、720三种规格，即每个电角度周期分别对应机械角度2°、1°、0.5°，绕组极对数也有选择二进制数的特殊应用。靠近环形圆盘的内圆周一端绕组的极距最小，靠近外圆周一端最大。圆盘式感应同步器的精度等级与绕组的图形面积有关，如果环形圆盘基板的外径越大并具有足够大的环宽度，绕组的图形面积就越大，分度刻线的分辨率和角位置精度就越高，各种规格的综合精度一般为±0.3″～±5″。

通过耦合变压器在转子连续绕组上加交流励磁电压，就会在定子、转子间的气隙中产生交变磁场，在定子两相绕组中产生感应电动势。正弦绕组中的感应电动势有效值，正比于转子绕组与定子绕组之间电角度的正弦值；余弦绕组中的感应电动势有效值，正比于转子绕组与定子绕组之间电角度的余弦值。通过后级的处理电路，可以对转角位置进行细分和精密测量。

在定子两相绕组上分别加正弦交流励磁电压和余弦交流励磁电压，正弦交流励磁电压有效值正比于转子绕组与定子绕组之间电角度的正弦值，余弦交流励磁电压有效值正比于转子绕组与定子绕组之间电角度的余弦值，就会在转子连续绕组中产生感应电动势，其有效值正比于角位置误差的正弦值。通过后级的处理电路，可以对转角位置进行细分和精密测量。

在定子两相绕组上分别加正弦交流励磁电压和余弦交流励磁电压，有效值相等，就会在转子连续绕组中产生感应电动势，该交变信号相对于正弦交流励磁电压的相位差等于转子绕组与定子绕组之间电角度的差。通过后级的处理电路，可以对转角位置进行细分和精密测量。

多对极的圆盘式感应同步器只有增量测量的功能，每一对极的电角度零点都可以用作整个圆周的角度测量零点。绝对零位圆盘式感应同步器是在多对极绕组的基础上增加单对极绕组，实现绝对零位测量功能。在多对极的定、转子环形平面绕组的内侧再刻制单对极的定、转子环形平面螺旋绕组，转子平面上刻制单对极单相连续螺旋绕组，定子平面上刻制单对极正、余弦两相螺旋绕组。单对极绕组用作测角粗读数绕组，每个电角度周期对应机械角度360°。单对极平面螺旋绕组的圈数很少，磁通量很小，信噪比很差，因此对使用条件要求很高。在实际应用中，也有采用圆盘式感应同步器与旋转变压器同轴安装的方式实现绝对零位的功能，但是安装结构十分复杂，长期稳定性难以保证。

圆盘式感应同步器在使用中存在以下五个问题：

第一，定转子的平面刻线绕组在环形平面上展开，绕组匝链的磁通量从圆周到通轴孔逐渐减少，磁通转角分辨率逐渐降低。要保证测试精度和信噪比，就需要足够大的定转子圆盘外径和环形径向尺寸。