[发明专利]空间机械臂用外转子轴向磁路单极磁阻式旋转变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间机械臂用外转子轴向磁路单极磁阻式旋转变压器，属于旋转变压器技术领域。

背景技术

空间机械臂工作于空间环境，震动、高精度、体积重量要求条件苛刻。现有用于测角的传统旋转变压器有接触式旋转变压器、带耦合变压器的旋转变压器与游标式旋转变压器等。接触式旋转变压器因其结构较复杂，导致运行速度和寿命等均受到限制。带耦合变压器的旋转变压器因增加了耦合变压器，从而增加了旋转变压器的总体积和成本，结构也趋于复杂。游标式旋转变压器尽管实现了无刷化，但绕组型式过于复杂，误差较大，不利于高精度要求。综上所述，针对极对数较少的角度测量时，现有旋转变压器并不是理想的元件。对于现有的一些磁阻式旋转变压器而言，角度测量时依然存在精度较差等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有用于测角的旋转变压器所存在的结构复杂、误差较大的问题，进而提供一种空间机械臂用外转子轴向磁路单极磁阻式旋转变压器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种空间机械臂用外转子轴向磁路单极磁阻式旋转变压器，包括：转子和定子，所述转子与定子同心设置，转子的内表面与定子的外表面之间设有气隙；所述转子轴向的两端为非导磁材料，位于转子轴向中间处的导磁材料为斜的短套；所述定子外圆表面上沿圆周方向排布有4N个齿槽，两个相邻齿槽之间为凸齿部分，定子的凸齿部分轴向上分为两段，分别为上齿与下齿，上齿与下齿之间为通槽，通槽与齿槽的内径相同。

本发明具有以下优点：本发明结构简单、价格便宜，适用于角度测量或角度传感器元件。达到了更高的精度，更全面地符合角度测量的要求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的空间机械臂用外转子轴向磁路单极磁阻式旋转变压器的结构示意图；

图2为转子的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的空间机械臂用外转子轴向磁路单极磁阻式旋转变压器的轴向剖面图；

图4为定子的励磁绕组的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。 

如图1~图4所示，本实施例所涉及的一种空间机械臂用外转子轴向磁路单极磁阻式旋转变压器，包括：转子1和定子2，所述转子1与定子2同心设置，转子1的内表面与定子2的外表面之间设有气隙3；所述转子1轴向的两端为非导磁材料1-2，位于转子1轴向中间处的导磁材料1-1为斜的短套；所述定子2外圆表面上沿圆周方向排布有4N个齿槽7，两个相邻齿槽7之间为凸齿部分，定子2的凸齿部分轴向上分为两段，分别为上齿2-1与下齿2-3，上齿2-1与下齿2-3之间为通槽2-2，通槽2-2与齿槽7的内径相同。

所述转子1的导磁材料1-1为硅钢片叠加结构或钋镆合金，所述非导磁材料1-2为铝合金。

所述转子1的导磁材料1-1的厚度与上齿2-1的高度相等。

所述上齿2-1、下齿2-3与两者之间的通槽2-2沿定子2轴向上的长度相等。

进一步的，还包括第一绕组4、第二绕组5和励磁绕组6，所述励磁绕组6位于定子2的中部，沿定子2圆周方向放置于通槽2-2中，定子2上每相邻的N个上齿2-1与所对应的N个下齿2-3作为一组绕组齿，第一绕组4和第二绕组5分别间隔地缠绕在每组绕组齿的上齿2-1与所对应的下齿2-3上，形成两相对称的正交绕组。

所述缠绕于每对上齿2-1与下齿2-3上的第一绕组4和第二绕组5的匝数相同。

所述励磁绕组6为集中绕组。

旋转变压器的定子2和转子1之间的气隙3长度                                               保持恒定不变，依靠改变定子2和转子1之间的耦合面积来改变气隙磁导。当转子1转动过程中气隙3长度保持不变，定子2与转子1的耦合面积按照正余弦规律变化，则气隙磁导按照正余弦规律变化。于是每一对定子2的上齿2-1与下齿2-3的气隙磁导可以表示为：

其中，                      

由上式可得，每一对定子2的上齿2-1与下齿2-3的激磁磁通量为：

根据正余弦绕组采用等匝集中的连接方式，可以计算出正余弦绕组各自的磁链如下：

将每一对定子2的上齿2-1与下齿2-3的激磁磁通量代入上式得到：