[实用新型]旋转变压器以及使用该变压器的运动编码器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于霍尔与电势检测的旋转变压器以及使用该变压器的运动编码器。 

背景技术

传统的旋转变压器(resolver)是一种基于电磁原理测量角度用的可转动的位置传感器，用来测量旋转物体的转轴角位移，由传感器定子和传感器转子组成。霍尔旋转变压器是一种能够完成类似功能的位置传感器。它们的输出电压的幅值与传感器转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。 

在公告号为CN2565123Y的中国专利中，公开了一种霍尔旋转变压器，其中包括线性霍尔元件、永磁体磁环、空心轴传感器转子、传感器定子机壳、机壳后盖、传感器定子芯和霍尔集成电路的印制板，在传感器定子芯上安装有四个线性霍尔元件，相互错开90°电角度，并采用特定的多对极的永磁体磁环，传感器转子中间有支撑传感器定子的二个滚珠轴承，传感器定子前端有联接用的弹簧片。这种方案中存在问题是：1、需采用特定的多对极的永磁体磁环，对磁极均匀性要求高，对不同极对数的电动机不能通用；2、在一圈范围内，难于做到有确定的唯一零位，不方便绝对角位置的检测；3、整体式结构和工艺复杂，难以实现小型化。 

在公告号为CN200972824Y的中国专利中，公开了一种改进上述问题的霍尔旋转变压器，其中包括线性霍尔元件、永磁体磁环、空心轴、传感器定子机壳、传感器定子芯和联接霍尔元件的印制电路板，其永磁体磁环固定在空心轴上；其特殊之处在于：传感器定子芯呈圆环形，在传感器定子芯上间隔90°空间角度分布着至少二个安装孔，线性霍尔元件固定在安装孔内，以便 限定线性霍尔元件的空间位置。然而，线性霍尔元件在传感器定子芯上的安装孔中的位置会因为安装间隙、霍尔元件的外形尺寸等原因，在安装孔中的上、下、左、右、前、后6个自由度存在位置偏差。又由于永磁体磁环固定在空心轴上，存在位置偏差和垂直度偏差等，都会造成旋转变压器输出的幅值误差、相位误差、函数误差。另外，永磁体磁环的质量、安装也对误差有极大关系，传统霍尔旋转变压器误差大且误差的一致性很差。 

若安装存在径向位置偏差0.1mm，设永磁体的外径12mm，那么0.1mm相对周长的相对位置偏差为：0.1/(π×12)＝0.265％。这个偏差与1°/360°＝0.278％相当，说明该霍尔旋转变压器中单一项位置偏差就会产生1°度的误差。所以前述技术方案中的霍尔旋转变压器技术的角度误差不可能优于1°。又例如，永磁体磁环固定在空心轴上，存在0.5°垂直度偏差，就相当于径向位置偏差为12sin0.5°＝0.1mm，也会产生1°度的误差。永磁体磁环产生三维空间磁场，线性霍尔元件将受到切向磁场分量和径向磁场分量的作用产生电压输出。 

在公告号为CN200972824Y的中国专利中，使用四个线性霍尔元件，将180°布置的两个线性霍尔元件的输出电压相减，试图补偿定、传感器转子装配偏心，但由于无法同时补偿径向和切向磁场分量，所以不能起到良好的补偿效果，而通常误认为是磁极均匀性问题。 

在申请号为ZL200820207106.9的中国专利中的霍尔旋转变压器，增加了一个环形软磁铁芯，将三维空间磁场，约束为二维空间磁场，大大改进了装配造成的偏差。但现有霍尔旋转变压器需要至少2个90°正交的线性霍尔元件，或3个120°分布的线性霍尔元件，分布精度和线性霍尔元件的一致性都会直接导致霍尔旋转变压器的幅值误差和相位误差，导致位置检测偏差，且多个线性霍尔元件成本较高。 

因此，现有霍尔旋转变压器的位置偏差只能达到0.5°-1°左右，而且性价比也不够高。另外，开关型霍尔转角编码器虽然是已有成熟技术，然而分辨率一般小于100线，精度更低。现有霍尔编码器无法直接检测旋转的速度，必须再增加Ω＝dθ/dt或相应的处理环节。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种旋转变压器和使用该变压器的运动编码器。