阅读说明：本技术 可高速运行的新型磁阻式旋转变压器 (Novel reluctance type rotary transformer capable of running at high speed ) 是由 赵伟 赵博 王军 张存山 霍雪娇 肖尧 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：本发明属于磁阻式旋转变压器技术领域,具体涉及一种可高速运行的新型磁阻式旋转变压器。其通过渗氮工艺将转子的硅钢片材料变成双相硅钢片,形成了导磁区域和非导磁区域两部分。既保证了转子可高速运行,又实现了磁阻式旋转变压器的功能,并且结构简单,生产过程方便,产品可靠性高。(The invention belongs to the technical field of reluctance type rotary transformers, and particularly relates to a novel reluctance type rotary transformer capable of running at high speed. The silicon steel sheet material of the rotor is changed into a double-phase silicon steel sheet through a nitriding process, and a magnetic conduction area and a non-magnetic conduction area are formed. The rotor can run at high speed, the function of the reluctance type rotary transformer is realized, and the reluctance type rotary transformer has the advantages of simple structure, convenient production process and high product reliability.)

可高速运行的新型磁阻式旋转变压器

技术领域

本发明属于磁阻式旋转变压器技术领域，具体涉及一种可高速运行的新型磁阻式旋转变压器。

背景技术

磁阻式旋转变压器是从传统的旋转变压器发展而来，传统旋转变压器为接触式旋转变压器，电刷和滑环的使用造成其安全性降低，增加耦合变压器的旋转变压器可以实现无刷化却使结构冗余。为克服这些缺点，专家研制出了磁阻式旋转变压器，不仅实现了无刷化，而且进一步对结构进行了简单化，解决了励磁结构的难题。但是目前磁阻式旋转变压器转子大都采用凸极式结构，当变压器处于高速运行时，凸极式结构的转子内部应力和风磨损耗将增大，这将使磁阻式旋转变压器在可靠性和高效性方面产生影响。并且目前波浪式转子的磁阻式旋转变压器的最高速约为六万转左右，尚未有文献报道十万转及其以上转速的超高速磁阻式旋转变压器。

综上所述，目前并没有结构简单、高可靠并且低风磨损耗的超高速磁阻式旋转变压器。

具体而言，目前磁阻式旋转变压器类型主要包括：

(1)转子形状为整圆：其中典型的是专利CN102664097A双通道轴向磁路外转子磁阻式旋转变压器，具体的，如图1-1所示，转子由多极精机波纹导磁带、单极粗机波纹导磁带和非导磁转子支架组成，多极精机波纹导磁带和单极粗机波纹导磁带按波浪形沿转子圆周方向分布，与转子对应的定子也分为粗机定子与精机定子两层，励磁绕组与两相信号绕组以正交的方式设置在定子上，转子上不设置绕组。当励磁绕组通过以恒压频率的交流电时，两相信号绕组分别输出电动势幅值随转子转角作正弦和余弦变化的电压。波纹导磁带与转子铁心间由非导磁材料制成的支撑套筒固定，因此无法适用于高速场合。具体的，11-转子，12-定子，13-气隙，14-第一相信号绕组，15-第二相信号绕组，12-7-齿槽。双通道轴向磁路外转子磁阻式旋转变压器的结构示意图如图1-1所示。

(2)转子形状为波浪型：目前，针对定子结构来设计的磁阻式旋转变压器的方案有很多。例如：通过简化在定子上的绕线生产工艺来增加产品质量的可靠性、为了能检测到转子的绝对位置设计的专利CN206610730U磁阻式一对极旋转变压器等等。如图1-2所示，波浪型转子在超高速运行时风磨损耗较大、转子冲片内部应力分布不均匀，因此无法适用于超高速场合。具体的，图1-2的磁阻式一对极旋转变压器结构剖视示意图中，21-绕组保护层，22-绕组，23-绝缘端板，24-转子铁心，25-定子铁心，26-引出线。

目前大部分的磁阻式旋转变压器高速运行时转子转速一般可达60000r/min左右，实现不了100000r/min及其以上的高速运行。并且磁阻式变压器一般在定子上进行结构设计地改变，而转子仍是波浪形转子，导致旋转变压器风磨损耗很大。若选择转子为整圆而改变定子结构时，导致旋转变压器结构复杂，生产过程较难。波浪式转子结构的磁阻式旋转变压器内部应力大，尤其在高速运行时容易发生损坏影响变压器的寿命。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种可高速运行的新型磁阻式旋转变压器。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种可高速运行的新型磁阻式旋转变压器，所述磁阻式旋转变压器包括：定子、定子绕组、转子3；

所述转子3位于旋转变压器的中央部位，所述定子位于旋转变压器的的外部部位，且定子环绕转子3设置；

所述定子由周向设置的多个定子齿1构成，每个所述定子齿3上，缠绕设置所述定子绕组，且在相邻定子齿1之间，形成定子槽4。

其中，所述定子齿1的数量为偶数。

其中，所述定子齿1的数量为16个。

其中，所述定子绕组包括激磁绕组、正弦波绕组和余弦波绕组；

所述激磁绕组的数量与定子齿1的数量相同；

所述正弦波绕组和余弦波绕组的数量均为定子齿1数量的一半；

所述激磁绕组、正弦波绕组和余弦波绕组在定子齿1上的分布如下：

每一个所述激磁绕组与一个定子齿1一一对应，均位于定子齿1的底部；

假设偶数数量的定子齿1为2N个，则依次将2N个定子齿1两两相邻的两个定子齿1定义为一组，从而划分为N组依次相邻的定子齿1组，即为定子齿组I_j，其中j＝1、2、3…N；

对于正弦波绕组和余弦波绕组而言：在j为奇数的定子齿组中，定子齿1前端部分缠绕着正弦信号绕组；在j为偶数的定子齿组中，定子齿1前端部分缠绕着余弦信号绕组。

或者，在j为奇数的定子齿组中，定子齿1前端部分缠绕着余弦信号绕组；在j为偶数的定子齿组中，定子齿1前端部分缠绕着正弦信号绕组。

其中，所述转子3的形状设置为圆形，所述圆形的转子3分为：内部波浪形状结构的转子导磁区域以及内部波浪形状结构以外的非导磁区域。

其中，所述定子齿1为定子铁心。

其中，所述定子为传统旋变。

其中，所述转子3由硅钢片叠加而成，不绕线圈，定子和转子3之间无接触；具体的，转子外圆有波浪式的凸出磁极形状，磁阻式旋变则是利用凸极效应，使励磁绕组和输出绕组之间的互感随转子的位置而变化，从而感应出输出信号绕组的电动势。

其中，将转子3外圆由波浪式的凸出磁极添加成一个整圆，并且通过渗氮工艺处理，使得转子硅钢片材料成为双相硅钢片，波浪式凸出磁极成为非导磁区域，剩下的属于导磁区域，或者，使波浪式的凸出磁极成为导磁区域，剩下的属于非导磁区域；

当定子齿经过转子的非导磁区域时，磁阻大，磁导小，主磁通随着磁导线性变化，当磁导波正弦变化时，磁通也将正弦变化，因此在两个电角度正交绕组上将感生出正余弦波。

其中，每个所述定子齿1上有两层绕组缠绕，其中，激磁绕组逐齿反向串接，而正弦信号绕组与余弦信号两两交替分布。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明技术方案的可高速磁阻式旋转变压器，其通过渗氮工艺将转子的硅钢片材料变成双相硅钢片，形成了导磁区域和非导磁区域两部分。既保证了转子可高速运行，又实现了磁阻式旋转变压器的功能，并且结构简单，生产过程方便，产品可靠性高。

相对于现有技术，其具备如下区别技术特征：

(1)相比于传统磁阻旋转变压器普遍实现不了高速或超高速运行的问题，本发明技术方案通过渗氮工艺将圆形转子的硅钢片材料变成双相硅钢片，使得磁阻式旋转变压器的波浪式转子为导磁区域，然后在波浪式转子***添加圆弧使其形成一个整圆，该圆弧为非导磁区域。同理，导磁区域和非导磁区域调换以后该方案同样可行。

(2)相比于传统波浪式转子高速运行时应力分布不平衡的缺点，本发明技术方案的磁阻式旋转变压器由于转子形状为整圆，在高速运行时转子应力分布均匀，这使得本发明技术方案的磁阻式旋转变压器可承受十万转以上的高速度不至于损坏。

(3)相比于传统磁阻式旋转变压器在高速运行时风磨损耗大的问题，本发明技术方案的磁阻式旋转变压器在高速时转子外圆的风磨损耗显著减少。

(4)相比于传统磁阻旋转变压器普遍实现不了高速或超高速运行的问题，本发明技术方案在波浪式转子***添加圆弧使其形成一个整圆，这使得磁阻式旋转变压器可高速或超高速运行。

综上，现有的技术转子一般都是凸极式结构，这样当旋转变压器高速运行时不仅产生很大的风磨损耗，而且转子内部应力也会随之增大；而且现有转子为整圆的实现方案采用了支撑套筒固定转子的导磁和非导磁部分，这导致了转子实现不了高速或超高速运行。

本发明技术方案采用渗氮工艺将圆形转子的硅钢片材料变成了双向硅钢片，方案实现简单，十分适合需要高速运行的磁阻式旋转变压器。与现有技术相比，本发明技术方案的技术优势体现在以下几个方面：

(1)结构简单，生产过程方便。

(2)可保证磁阻式旋转变压器高速运行并且损耗最少。

(3)相比于波浪式转子结构，本申请的磁阻式旋转变压器转子为整圆，内部应力小，产品使用寿命更长。

(4)目前磁阻式变压器高速运行时转子可达到60000r/min，本申请的磁阻式新型旋转变压器可达到100000r/min。

(5)经过渗氮工艺处理后的硅钢片在材料强度方面并不会削弱，反而会有所增加。

附图说明

图1-1为现有的双通道轴向磁路外转子磁阻式旋转变压器的结构示意图。

图1-2是现有的磁阻式一对极旋转变压器结构剖视示意图。

图2是本发明技术方案的总装图。

图3是本申请的定子绕组分布图。

图4是本申请的转子结构图。

其中，1-定子齿，2-1-激磁绕组，2-2-正弦信号绕组，2-3-余弦信号绕组，3-转子，4-定子槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决现有技术问题，本发明提供一种可高速运行的新型磁阻式旋转变压器，如图2所示为本申请的总装图，所述磁阻式旋转变压器包括：定子、定子绕组、转子3；

所述转子3位于旋转变压器的中央部位，所述定子位于旋转变压器的的外部部位，且定子环绕转子3设置；

所述定子由周向设置的多个定子齿1构成，每个所述定子齿3上，缠绕设置所述定子绕组，且在相邻定子齿1之间，形成定子槽4。

其中，所述定子齿1的数量为偶数。

其中，所述定子齿1的数量为16个。

其中，如图3所示为本申请的可高速运行的新型磁阻式旋转变压器定子绕组分布图，所述定子绕组包括激磁绕组、正弦波绕组和余弦波绕组；

所述激磁绕组的数量与定子齿1的数量相同；

所述正弦波绕组和余弦波绕组的数量均为定子齿1数量的一半；

所述激磁绕组、正弦波绕组和余弦波绕组在定子齿1上的分布如下：

每一个所述激磁绕组与一个定子齿1一一对应，均位于定子齿1的底部；

假设偶数数量的定子齿1为2N个，则依次将2N个定子齿1两两相邻的两个定子齿1定义为一组，从而划分为N组依次相邻的定子齿1组，即为定子齿组I_j，其中j＝1、2、3…N；

对于正弦波绕组和余弦波绕组而言：在j为奇数的定子齿组中，定子齿1前端部分缠绕着正弦信号绕组；在j为偶数的定子齿组中，定子齿1前端部分缠绕着余弦信号绕组。

或者，在j为奇数的定子齿组中，定子齿1前端部分缠绕着余弦信号绕组；在j为偶数的定子齿组中，定子齿1前端部分缠绕着正弦信号绕组。

即，从定子绕组分布图的上部分看，激磁绕组分布在16个定子齿1的底部。如图3的十二点钟方向的定子齿1前端部分缠绕着正弦信号绕组，并且紧接着逆时针方向相邻着的定子齿前端部分同样缠绕着正弦信号绕组，两两一组，正弦信号绕组和余弦信号绕组交替分布在定子齿1的前端部分，这形成了定子的绕组的分布。

其中，如图4所示为本申请的转子结构图，所述转子3的形状设置为圆形，所述圆形的转子3分为：内部波浪形状结构的转子导磁区域以及内部波浪形状结构以外的非导磁区域，该非导磁区域为图3中的阴影部分区域。

其中，所述定子齿1为定子铁心。

其中，所述定子为传统旋变。

其中，所述转子3仅由硅钢片叠加而成，不绕线圈，定子和转子3之间无接触；具体的，转子外圆有波浪式的凸出磁极形状，磁阻式旋变则是利用凸极效应，使励磁绕组和输出绕组之间的互感随转子的位置而变化，从而感应出输出信号绕组的电动势。

其中，如图4所示，将转子3外圆由波浪式的凸出磁极添加成一个整圆，并且通过渗氮工艺处理，使得转子硅钢片材料成为双相硅钢片，使波浪式的凸出磁极成为非导磁区域，剩下的属于导磁区域，或者，使波浪式的凸出磁极成为导磁区域，剩下的属于非导磁区域；

当定子齿经过转子的非导磁区域时，磁阻大，磁导小，主磁通随着磁导线性变化，当磁导波正弦变化时，磁通也将正弦变化，因此在两个电角度正交绕组上将感生出正余弦波。

其中，每个所述定子齿1上有两层绕组缠绕，其中，激磁绕组逐齿反向串接，而正弦信号绕组与余弦信号两两交替分布。

进一步地，所述磁阻式旋转变压器可以是一对极，也可以是多对极。

进一步地，转子3在高速运行时外圆的风磨损耗显著减少。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。