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CN111819423B - 冗余型旋转变压器、以及使用其的旋转角度检测装置 - Google Patents

冗余型旋转变压器、以及使用其的旋转角度检测装置 Download PDF

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CN111819423B
CN111819423B CN201780097762.XA CN201780097762A CN111819423B CN 111819423 B CN111819423 B CN 111819423B CN 201780097762 A CN201780097762 A CN 201780097762A CN 111819423 B CN111819423 B CN 111819423B
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Abstract

本发明在防止因冗余化而引起的轴线方向尺寸的扩大的同时，抑制制造性的恶化和成本增加、并且提高角度检测精度。本发明所涉及的冗余型旋转变压器由一对定子(3)和转子(4)构成，转子(4)是具有Nx(Nx为自然数)个凸极的轴倍角Nx的转子，定子(3)在周向上依次配置n个齿部T1到Tn，n设为自然数，并且在周向上被进行M分割而构成M系统，若对构成一个系统的齿部的角度进行总计，则为360/M度，在齿部T1到Tn中分别卷绕1相的励磁绕组和2相的输出绕组，同一频率的励磁信号从不同的励磁电路被施加到各个励磁绕组，每一个系统的输出次数为Nout(Nout为自然数)，通过M系统的输出信号来检测异常。

Description

冗余型旋转变压器、以及使用其的旋转角度检测装置
技术领域
本发明涉及利用转子与定子的空隙中的导磁率的变化的冗余型旋转变压器、以及使用了该冗余型旋转变压器的旋转角度检测装置。
背景技术
为了对用于旋转角度检测装置的旋转变压器进行冗余化，例如，日本专利特开2009-281818号公报(专利文献1)中公开了将两个旋转变压器装载为两层的结构。此外，例如日本专利特开2007-189834号公报(专利文献2)及日本专利特开2009-222435号公报(专利文献3)中公开了在径向具备两对定子和转子的冗余型旋转变压器。进一步地，例如在日本专利特开2013-247828号公报(专利文献4)及日本专利特开2013-53890号公报(专利文献5)中公开了输出绕组由第1系统绕组和第2系统绕组构成，且在一个齿部仅卷绕了其中任一个系统的绕组的冗余型旋转变压器。另外，虽然未具体公开本发明，但在电气学会论文集D、平成7年、第115卷、第5号、p.598-604、石崎彰、其他3名、“新方式VR型1X旋转变压器的理论和特性(新方式VR形1Xレゾルバの理論と特性)”(非专利文献1)中，发表了下述研究内容，即：在所有定子均设置有4极的励磁绕组和2极的输出绕组这两者，并且若设为可使得间隙导磁率相对于圆周方向的位置的变化变得适当的转子形状，则通过转子不具有绕组的仅为铁心的简单结构，从而在输出绕组可获得其振幅根据转子的位置以全圆周为1周期且按正弦波形进行变化的两相电压。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009－281818号公报
专利文献2：日本专利特开2007－189834号公报
专利文献3：日本专利特开2009－222435号公报
专利文献4：日本专利特开2013－247828号公报
专利文献5：日本专利特开2013－53890号公报
非专利文献
非专利文献1：电气学会论文集D、平成7年、第115卷、第5号、p.598-604、石崎彰、其他3名、“新方式VR型1X旋转变压器的理论和特性(新方式VR形1Xレゾルバの理論と特性)”
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献1所公开的冗余型旋转变压器中，两个旋转变压器经由转轴将其定子和转子装载为两层而构成，因此，与单系统旋转变压器相比，存在轴线方向尺寸增大为2倍的问题。
此外，专利文献2、3所公开的冗余型旋转变压器中，从旋转变压器的内侧起通过依次配置第1系统转子、第1系统定子、第2系统定子、第2系统转子来进行冗余化，因此定子变为双重，绕组数增加。因而，存在制造性恶化、且成本增加的问题。
进一步地，在专利文献4、5所公开的冗余型旋转变压器中，第1系统的输出绕组与第2系统的输出绕组相对于齿部交替卷绕，因此，任一系统的输出信号都不会成为理想的正弦波，从而存在角度检测精度恶化的问题。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种防止因冗余化而引起的轴线方向尺寸的扩大、同时抑制制造性的恶化和成本增加、并且提高角度检测精度的冗余型旋转变压器、以及使用了该冗余型旋转变压器的旋转角度检测装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的冗余型旋转变压器的特征在于，由一对转子和定子构成，所述转子是具有Nx(Nx为自然数)个凸极的轴倍角Nx的转子，所述定子在周向上依次配置n个齿部，n设为自然数，并且在周向上被进行M分割而构成M系统，构成一个系统的齿部的角度的总计为360/M度，在n个所述齿部分别卷绕1相的励磁绕组和2相的输出绕组，同一频率的励磁信号从不同的励磁电路被施加到各个所述励磁绕组，每一个系统的输出次数为Nout(Nout为自然数)，通过所述M系统的输出信号来检测异常。
发明效果
本发明所涉及的冗余型旋转变压器采用由一对定子和转子构成，在周向上分割定子而成为冗余系统的结构，每一个系统的输出次数为Nout(Nout为自然数)，因此，能够防止因冗余化而引起的轴线方向尺寸的扩大、抑制制造性的恶化和成本增加、并且提高角度检测精度。
附图说明
图1是表示使用了本发明的实施方式1所涉及的冗余型旋转变压器的旋转角度检测装置的结构的图。
图2是本发明的实施方式1所涉及的冗余型旋转变压器的剖视图。
图3是本发明的实施方式1所涉及的冗余型旋转变压器的定子剖视图。
图4是使用了本发明的实施方式1所涉及的冗余型旋转变压器的旋转角度检测装置的方框结构图。
图5是表示本发明的实施方式1所涉及的冗余型旋转变压器的励磁绕组的卷绕数的图。
图6是表示本发明的实施方式1所涉及的冗余型旋转变压器的输出绕组的卷绕数的图。
图7是表示本发明的实施方式1所涉及的冗余型旋转变压器中的空隙磁通密度的图。
图8是表示本发明的实施方式1所涉及的冗余型旋转变压器的输出绕组的图。
图9是表示本发明的实施方式1所涉及的冗余型旋转变压器的输出绕组交链磁通的图。
图10是本发明的实施方式2所涉及的冗余型旋转变压器的剖视图。
图11是表示本发明的实施方式2所涉及的冗余型旋转变压器的励磁绕组的卷绕数的图。
图12是表示本发明的实施方式3所涉及的冗余型旋转变压器的输出绕组的卷绕数的图。
图13是表示本发明的实施方式3所涉及的冗余型旋转变压器中的空隙交链磁通密度的图。
图14是表示本发明的实施方式3所涉及的冗余型旋转变压器的输出绕组的图。
图15是表示本发明的实施方式3所涉及的冗余型旋转变压器的输出绕组交链磁通的图。
图16是表示本发明的实施方式4所涉及的冗余型旋转变压器的励磁信号的相位差与角度误差的关系的图。
图17是本发明的实施方式5所涉及的冗余型旋转变压器的定子剖视图。
图18是表示本发明的实施方式5所涉及的冗余型旋转变压器的输出绕组的卷绕数的图。
图19是本发明的实施方式6所涉及的冗余型旋转变压器的定子剖视图。
图20是表示本发明的实施方式6所涉及的冗余型旋转变压器的输出绕组的卷绕数的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明所涉及的冗余型旋转变压器、以及使用了该冗余型旋转变压器的旋转角度检测装置的优选实施方式进行详细说明。另外，在各实施方式中，对于相同或相当部分，标注相同标号来进行说明，但有时在一部分中会省略重复说明。
实施方式1.
图1是表示使用了本发明的实施方式1所涉及的冗余型旋转变压器的旋转角度检测装置的结构的图，图2是实施方式1所涉及的冗余型旋转变压器的剖视图，图3是实施方式1所涉及的冗余型旋转变压器的定子剖视图。此外，图4是使用了本发明的实施方式1所涉及的冗余型旋转变压器的旋转角度检测装置的方框结构图。
如图1所示，实施方式1所涉及的旋转角度检测装置100构成为包括角度运算器1和冗余型旋转变压器(以下、简单记为旋转变压器)2。旋转变压器2由一对定子3和转子4构成，定子3具备绕组5。旋转变压器2的转子4经由转轴6与旋转电机7或各种装置的旋转部相连接。
旋转变压器2如图2所示，从定子3的齿部T1起到T14(以下，将“起”记为“～”)的个数Ns为14，转子4的凸极的个数Nx设为5。凸极的个数Nx也被称为轴倍角。此外，如图3所示，定子3的齿部T1～T14在周向上被分割为两部分，如图4所示那样，构成第1系统和第2系统，旋转变压器2构成双重系统的冗余型。即，若对每一个系统的齿部进行总计，则为360°/2＝180°。
如图3所示，将定子3的齿部T1～T7设为第1系统齿部，将定子3的齿部T8～T14设为第2系统齿部。在各个齿部中，卷绕有1相的励磁绕组、2相的输出绕组。即，如图3和图4所示那样，在第1系统齿部T1～T7中，卷绕有第1系统励磁绕组即R1～R7、第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7、第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7。同样地，在第2系统齿部T8～T14中，卷绕有第2系统励磁绕组即R8～R14、第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14、第2第2系统输出绕组Sb8～Sb14。
第1系统励磁绕组R1～R7及第2系统励磁绕组R8～R14分别经由设置于旋转变压器2的延伸部8的输出端子9a与第1系统励磁电路10、第2系统励磁电路11相连接。第1系统励磁电路10和第2系统励磁电路11分别向第1系统励磁绕组R1～R7、第2系统励磁绕组R8～R14提供振幅和频率相同的交流电压。第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7、第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7、第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14以及第2第2系统输出绕组Sb8～Sb14分别经由设置于旋转变压器2的延伸部8的输出端子9b与第1系统角度运算器1a、第2系统角度运算器1b相连接。另外，关于输出端子9a和输出端子9b的排列，可以任意地进行排列，作为一个示例，例如可以在图2中将输出端子9a和输出端子9b左右相反地进行排列，或者交替地进行排列等。
第1系统角度运算器1a和第2系统角度运算器1b根据旋转变压器2的2相的输出绕组Sa1～Sa7、Sa8～Sa14、以及Sb1～Sb7、Sb8～Sb14的输出电压计算转子4的第1系统检测角度θ1和第2系统检测角度θ2并进行输出。并且，第1系统角度运算器1a和第2系统角度运算器1b分别与异常判定器12相连接，根据第1系统检测角度θ1、第2系统检测角度θ2的值来检测故障等异常。
实施方式1所涉及的旋转变压器2中，第1系统齿部T1～T7、第2系统齿部T8～T14中，先分别卷绕1相的励磁绕组、即第1系统励磁绕组R1～R7、第2系统励磁绕组R8～R14，从其上方起分别卷绕2相的输出绕组、即第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7、第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7、以及第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14、第2第2系统输出绕组Sb8～Sb14而构成。另外，第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7、第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7、以及第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14、第2第2系统输出绕组Sb8～Sb14或者第1系统励磁绕组R1～R7、第2系统励磁绕组R8～R14可以分别以任意顺序进行卷绕。
绕组和铁心之间的绝缘可以通过绝缘体(绝缘纸、涂装等)13来进行。旋转变压器2的齿部T1～T14中有时设置有不卷绕2相的输出绕组中的任1相的输出绕组的齿部。各相的绕组间通过绝缘纸等来进行绝缘。第1系统励磁绕组R1～R7串联连接，第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7以及第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7也串联连接。同样地，第2系统励磁绕组R8～R14串联连接，第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14以及第2第1系统输出绕组Sb8～Sb14也串联连接。
另外，此处，各个绕组设为按齿部T1～T7的顺序串联连接，但即使起始的齿部是各个任意的齿部Ti、且依次串联连接相邻的齿部，也可获得相同的效果。
通过这种结构，能够以与通常的单系统角度检测装置同等的轴线方向尺寸来进行冗余化。此外，由于能够抑制线圈数的增加，因此可获得制造简单、可抑制成本增加的效果。
此外，实施方式1所涉及的旋转变压器2中，设为在周向上排列卷绕1相的励磁绕组和2相的输出绕组，但并不限于此，即使在径向排列、或者变更对各个齿部进行卷绕的顺序，也能够获得相同的效果。
图5是表示实施方式1所涉及的旋转变压器2的第1系统励磁绕组R1～R7及第2系统励磁绕组R8～R14的卷绕数分布的图。图5中，连续地示出卷绕于各个第1系统齿部T1～T7、第2系统齿部T8～T14的第1系统励磁绕组R1～R7、第2系统励磁绕组R8～R14的卷绕数。
一般而言，对旋转变压器的励磁绕组定义有卷绕方向(+)、卷绕方向(－)。若用卷绕方向(+)来表示某一线圈的绕组的方向，则用卷绕方向(－)来表示绕组向相反方向卷绕的线圈。卷绕方向(+)的卷绕数与卷绕方向(－)的卷绕数的绝对值相同。即，若将卷绕方向(+)的卷绕数设为+X次，则卷绕方向(－)的卷绕数成为－X次。另外，励磁绕组的卷绕数用卷绕数的振幅来进行标准化。
实施方式1所涉及的旋转变压器2中，励磁绕组以(+)、(－)的2齿部单位，在合并第1系统齿部T1～T7和第2系统齿部T8～T14的定子3的周围重复卷绕Ne次。即，由于定子3的齿部T1～T14的数量为14，因此励磁绕组的空间次数为Ne＝7。因此，第1系统励磁绕组R1～R7的空间次数Ne1＝3.5，第2系统励磁绕组R8～R14的空间次数Ne2＝3.5。
实施方式1所涉及的旋转变压器2中，每一个系统的励磁次数为N±0.5(N为自然数)，且轴倍角为奇数。
通过这种结构，能够将在定子3与转子4之间的空隙所交链的磁通设为正弦波状，从而能够提高旋转角度检测精度。
并且，此处，说明了励磁绕组以(+)、(－)的2齿部单位，在合并第1系统齿部T1～T7和第2系统齿部T8～T14得到的定子3的周围重复卷绕Ne次的示例，但并不限于此，即使励磁绕组的(+)、(－)以定子3的齿部的数量的约数为1个单位来重复，也可以获得相同的效果。
图6是表示第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7、第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7、第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14、以及第2第2系统输出绕组Sb8～Sb14的卷绕数分布的图。此处，在图6中，连续地示出卷绕于第1系统齿部T1～T7以及第2系统齿部T8～T14的输出绕组的卷绕数。卷绕于第i个齿部的第1第1系统输出绕组的卷绕数NSa1i以及第2第1系统输出绕组的卷绕数NSb1i分别可用式(1)来表示。此外，第1第2系统输出绕组的卷绕数NSa2i、以及第2第2系统输出绕组的卷绕数NSb2i也可用与第1第1系统输出绕组的卷绕数NSa1i以及第2第1系统输出绕组的卷绕数NSb1i相同的式来表示。
【数学式1】
Figure GDA0002541255120000081
此处，N1表示输出绕组的卷绕数的振幅、θteeth表示齿部的周向位置。
输出绕组在齿部的周向分布为正弦波状。在卷绕数为小数的情况下，进行四舍五入从而设为整数。另外，图6中，输出绕组的卷绕数用其振幅、即N1进行标准化。
在将第1系统励磁绕组R1～R7、第2系统励磁绕组R8～R14的极对数设为Ne、将转子4的凸极的数量设为Nx时，磁动势为空间Ne次、间隙的导磁率为Nx次。此处，空间A次表示在机械角360度内A周期的分量。极对数Ne是定子3的磁极对的数量。通过旋转变压器2的第1系统励磁绕组R1～R7、第2系统励磁绕组R8～R14中流过的交流的励磁电流而在间隙中产生磁通，该磁通与各个输出绕组进行交链，从而在第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7、第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7、第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14、第2第2系统输出绕组Sb8～Sb14中产生电压。若转子4的位置变化，则间隙的导磁率变化，第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7、第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7、第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14、第2第2系统输出绕组Sb8～Sb14中发生电压变化。
由各齿部所卷绕的输出绕组进行角度检测。其包络线被称为输出电压。间隙的磁通密度可用磁动势与间隙的导磁率的积来表示。由于磁动势和导磁率均为三角函数，因此，得到两者的积的三角函数的次数。即，间隙的磁通密度的空间次数通过三角函数的积和的式而成为|Ne±Nx|次。此处，|X|表示X的绝对值。若该间隙的磁通密度的空间次数与输出绕组的空间次数相一致，则因三角函数的正交性而产生输出绕组的交链磁通。由于励磁电流为交流，因此输出绕组中产生电压，从而能够检测角度。
如上所述，为了作为旋转变压器2起作用，因此，需要从空隙中产生的磁通中，提取与|Ne±Nx|相等的空间次数的磁通。这一点例如也记载于非专利文献1的599页“＜2·1＞原理”中。根据非专利文献1的式(7)，根据旋转角度φ变化的情况等于|Ne±Nx|。下述式2示出非专利文献1的式(7)，但增加记载了说明。
【数学式2】
Figure GDA0002541255120000101
此处，B：磁通密度、We：励磁绕组的全部卷绕数、Kω1：相对于基波的绕组系数、I：励磁电流的实际值、θ1：以励磁绕组的相邻的两个线圈的中间的齿部的中央为原点而设定于定子的坐标、Ф：在转子静止时定子与转子的两坐标的原点间的角度、P00：定子与转子间的间隙为最小位置的每单位面积的间隙导磁率、P01：定子与转子间的间隙为最小位置以外的每单位面积的间隙导磁率。
即，实施方式1的旋转变压器2中，角度检测所需的间隙的磁通密度为|7±5|＝2次、12次(与2次等价)。此处，在这些间隙的磁通密度的空间次数即2次、12次之间，成立|2±Ns|＝12次的关系，因此，可认为间隙的磁通密度的空间次数2次与12次等价。即，为了检测转子4的旋转角度，输出绕组需要提取空间次数2次、12次的一方，此处，将输出绕组的空间次数设为2次，检测转子4的旋转角度。
图7是示出对施加于实施方式1所涉及的旋转变压器2的第1系统励磁绕组R1～R7及第2系统励磁绕组R8～R14的励磁信号所产生的空隙磁通密度进行简化而得到的图。此外，图8是示出连续地对第1系统和第2系统的任一个的输出绕组的卷绕数进行简化而得到的图。
图7和图8中，横轴即机械角为0～180°的范围表示第1系统，180～360°的范围表示第2系统。旋转变压器2中，通过由输出绕组读取在空隙所交链的磁通来检测角度。因此，在输出绕组所交链的磁通可通过空隙交链磁通与卷绕数的相乘计算来计算得到。
在通过图8的卷绕数读取图7的空隙交链磁通的情况下，图9示出在输出绕组进行交链的磁通。图9中在第1系统输出绕组进行交链的磁通的波形与在第2系统输出绕组进行交链的磁通的波形彼此反相。因此，来自第1系统输出绕组、第2系统输出绕组的输出信号中，叠加有符号相反的偏移量。若利用角度运算器1对该偏移量进行校正，则能够更高精度地检测旋转角度。
实施方式1的旋转变压器2中，利用异常判定器12来对根据这些来自第1系统输出绕组Sa1～Sa7、Sb1～Sb7的输出信号、来自第2系统输出绕组Sa8～Sa14、Sb8～Sb14的输出信号计算得到的第1系统旋转角度即第1系统检测角度θ1、第2系统旋转角度即第2系统检测角度θ2进行相互监视，当在旋转变压器2的内部发生了断线、短路等故障时，检测异常。
具体而言，旋转变压器2在异常判定器12中具有阈值α、β在根据第1系统的输出信号计算出的第1系统检测角度θ1、根据第2系统的输出信号计算出的第2系统检测角度θ2的关系满足θ1+θ2＞α、或θ1－θ2＞β时，判定为在旋转变压器2的内部发生了断线、短路等异常。
于是，在旋转变压器2的第1系统中发生了故障的情况下，停止向第1系统励磁绕组R1～R7施加励磁信号。通过这种结构，能够停止发生故障的第1系统，根据正常的第2系统的输出信号来与正常时同样地检测旋转角度。同样地，在旋转变压器2的第2系统发生了故障的情况下，通过停止向第2系统励磁绕组R8～R14施加励磁信号，从而可获得能够根据正常的第1系统的输出信号，与正常时同样地检测旋转角度的效果。
另外，在上述说明中，槽数设为14、轴倍角设为5，但并不限于此，即使采用其他的结构也可获得相同的效果。
实施方式2.
接着，对使用了本发明的实施方式2所涉及的冗余型旋转变压器的旋转角度检测装置进行说明。
图10是实施方式2所涉及的旋转角度检测装置100所使用的旋转变压器2的剖视图，是将定子3的齿部的数量Ns设为16、将转子4的轴倍角Nx设为6的情况。
如图10所示，定子3的齿部T1～T16在周向上被分割为四部分，由第1系统第1块B1、第2系统第1块B2、第1系统第2块B3以及第2系统第2块B4构成。第1系统第1块B1和第1系统第2块B3中，分别卷绕于该块的齿部T1～T4、T9～T12的绕组串联连接，从而构成第1系统绕组。同样地，第2系统第1块B2和第2系统第2块B4中，分别卷绕于该块的齿部T5～T8、T13～T16的绕组串联连接，从而构成第2系统绕组，旋转变压器2构成双重系统的冗余型。
通过这种结构，由于构成一个系统的齿部配置在对抗的位置，因此，缓和了定子3偏心的情况下的磁通的不平衡，输出信号成为正弦波状，能够提高角度检测精度。
图11是表示实施方式2所涉及的旋转变压器2的第1系统励磁绕组及第2系统励磁绕组的卷绕数分布的图。此处，在图11中，连续地示出卷绕于第1系统齿部T1～T4、T9～T12以及第2系统齿部T5～T8、T13～T16的输出绕组的卷绕数。
一般而言，对旋转变压器的励磁绕组定义有卷绕方向(+)、卷绕方向(－)。若用卷绕方向(+)来表示某一线圈的绕组的方向，则用卷绕方向(－)来表示绕组向相反方向卷绕的线圈。卷绕方向(+)的卷绕数与卷绕方向(－)的卷绕数的绝对值相同。即，若将卷绕方向(+)的卷绕数设为+X次，则卷绕方向(－)的卷绕数成为－X次。另外，励磁绕组的卷绕数用卷绕数的振幅来进行标准化。
实施方式2所涉及的旋转变压器2中，励磁绕组以(+)、(－)的2齿部单位，在合并第1系统齿部T1～T4、T9～T12和第2系统齿部T5～T8、T13～T16得到的定子3的周围重复卷绕Ne次。即，由于定子3的齿部的数量为16，因此励磁绕组的空间次数为Ne＝8。因此，第1系统励磁绕组的空间次数Ne1＝4，第2系统励磁绕组的空间次数Ne2＝4。
实施方式2所涉及的旋转变压器2中，每一个系统的励磁次数为N(N为自然数)，且轴倍角为偶数。
通过这种结构，能够将在定子3与转子4之间的空隙所交链的磁通设为正弦波状，从而具有能够提高旋转角度检测精度的效果。
另外，此处，将槽数设为16、轴倍角设为6，但并不限于此，即使采用其他的结构也可获得相同的效果。
此外，在实施方式2所涉及的旋转变压器2中，也与实施方式1同样，在异常判定器12中具有阈值α、β，在根据第1系统的输出信号计算出的第1系统检测角度θ1、根据第2系统的输出信号计算出的第2系统检测角度θ2的关系满足θ1+θ2＞α、或θ1－θ2＞β时，能够判定为在旋转变压器2的内部发生了断线、短路等异常。
实施方式3.
接着，对使用了本发明的实施方式3所涉及的冗余型旋转变压器的旋转角度检测装置进行说明。
图12是表示实施方式3所涉及的旋转角度检测装置所使用的旋转变压器2的第1第1系统输出绕组、第2第1系统输出绕组、第1第2系统输出绕组、以及第2第2系统输出绕组的卷绕数分布的图。
另外，实施方式3所涉及的旋转变压器2的定子3与实施方式1中所说明的图3同样，齿部的数量Ns为14，并将齿部T1～T7作为第1系统齿部，将齿部T8～T14作为第2系统齿部来构成，各个齿部中卷绕有1相的励磁绕组、2相的输出绕组。即，在第1系统齿部T1～T7中，卷绕有第1系统励磁绕组R1～R7、第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7、第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7。同样地，在第2系统齿部T8～T14中，卷绕有第2系统励磁绕组R8～R14、第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14、第2第2系统输出绕组Sb8～Sb14。
图12中，连续地示出卷绕于第1系统齿部T1～T7和第2系统齿部T8～T14的输出绕组，即第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7、第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7、第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14、第2第2系统输出绕组Sb8～Sb14的卷绕数。
此外，在实施方式3所涉及的旋转变压器2中，卷绕于第1系统齿部T1～T7和第2系统齿部T8～T14的第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7、第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7、第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14、第2第2系统输出绕组Sb8～Sb14彼此的卷绕方向成为相反方向。即，第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7与第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14的卷绕数的符号相反。同样地，第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7与第2第2系统输出绕组Sb8～Sb14的卷绕数的符号相反。
图13是示出对施加于实施方式3所涉及的旋转变压器2的第1系统励磁绕组R1～R7及第2系统励磁绕组R8～R14的励磁信号所产生的空隙磁通密度进行简化而得到的图。图14是示出连续地对第1系统和第2系统的任一个的输出绕组，即第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7、第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7、或第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14、第2第2系统输出绕组Sb8～Sb14的任一个的卷绕数进行简化而得到的图。
图13和图14中，横轴即机械角为0～180°的范围表示第1系统，180～360°的范围表示第2系统。
一般而言，旋转变压器中，通过由输出绕组读取在空隙所交链的磁通来检测角度。因此，在输出绕组所交链的磁通可通过空隙交链磁通与卷绕数的相乘计算来计算得到。
在通过图14的卷绕数读取图13的空隙交链磁通的情况下，图15示出在输出绕组进行交链的磁通。在图15的第1系统输出绕组即第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7、第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7进行交链的磁通的波形与在第2系统输出绕组即第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14、第2第2系统输出绕组Sb8～Sb14进行交链的磁通的波形相同。因此，来自第1系统输出绕组、第2系统输出绕组的输出信号中，叠加有符号相一致的偏移量。若利用角度运算器1对该偏移量进行校正，则能够更高精度地检测旋转角度。通过这种结构，具有可容易地检测异常的效果。
另外，在上述内容中，列举了实施方式1中所说明的图3所示的定子3的齿部的数量Ns为14，齿部T1～T14在周向上被分割为两部分的旋转变压器2的示例进行了说明。但是，本实施方式3也可以适用于实施方式2所说明的图10所示的定子3的齿部的数量Ns为16，齿部T1～T16在周向上被分割为四部分的旋转变压器2。
实施方式4.
接着，对使用了本发明的实施方式4所涉及的冗余型旋转变压器的旋转角度检测装置进行说明。
图16是表示实施方式4所涉及的旋转角度检测装置所使用的旋转变压器2的第1系统励磁信号和第2系统励磁信号的相位差与角度误差的关系的图。
此处，角度误差是指旋转变压器2的检测角度与转子4的旋转角度真实值之间的差，角度误差较小的一个表示角度检测精度良好。另外，图16的角度误差用相位差0°时的值来进行标准化并示出。在两个励磁信号的相位差为60°以内时，可获得与相位差为0°时同等程度的角度检测精度。
此外，相位差45°时角度误差为最小。即，通过将第1系统励磁信号和第2系统励磁信号的相位差设为60°以下，能够获得提高角度检测精度这样的效果。此外，在实际运用上希望第1系统励磁信号与第2系统励磁信号的相位差为0°，两者相同步。
实施方式5.
接着，对使用了本发明的实施方式5所涉及的冗余型旋转变压器的旋转角度检测装置进行说明。
图17是表示实施方式5所涉及的旋转角度检测装置所使用的旋转变压器2的定子3的剖视图。
实施方式5所涉及的定子3的齿部T1～T14在周向上被分割为两部分，构成第1系统和第2系统，构成双重系统的冗余型旋转变压器。即，若对每一个系统的齿部进行总计，则为360°/2＝180°。
将定子3的齿部T1～T7设为第1系统齿部，将定子3的齿部T8～T14设为第2系统齿部。第1系统齿部T1～T7、第2系统齿部T8～T14中，齿部T1和齿部T8仅卷绕励磁绕组，是不卷绕输出绕组的辅助齿部。其他的齿部T2～T7、T9～T14中卷绕有1相的励磁绕组和2相的输出绕组。即，在第1系统齿部T1卷绕第1系统励磁绕组R1，在第1系统齿部T2～T7卷绕第1系统励磁绕组R2～R7、第1第1系统输出绕组Sa2～Sa7、第2第1系统输出绕组Sb2～Sb7。
同样地，在第2系统齿部T8卷绕第2系统励磁绕组R8，在第2系统齿部T9～T14卷绕第2系统励磁绕组R9～R14、第1第2系统输出绕组Sa9～Sa14、第2第2系统输出绕组Sb9～Sb14。
通过如上所述进行构成，消除了第1系统和第2系统的输出绕组相邻地配置的部位，从而能够获得抑制磁气干扰并提高角度检测精度的效果。
图18是表示实施方式5所涉及的第1第1系统输出绕组Sa2～Sa7、第2第1系统输出绕组Sb2～Sb7、第1第2系统输出绕组Sa9～Sa14、以及第2第2系统输出绕组Sb9～Sb14的卷绕数分布的图。
此处，在图18中，将辅助齿部的齿部T1、T8也包含在内，连续地示出卷绕于第1系统齿部T1～T7以及第2系统齿部T8～T14的输出绕组的卷绕数。此外，卷绕数通过不具有辅助齿部的齿部T1、T8的情况下的卷绕数来进行标准化。
实施方式5所涉及的旋转变压器2的第1第1系统输出绕组Sa2～Sa7和第2第1系统输出绕组Sb2～Sb7被设计为，在将辅助齿部的齿部T1、T8的卷绕数均设为0时，相位差为90°，振幅相等。因此，卷绕数的振幅表面上看并不同。同样地，第1第2系统输出绕组Sa9～Sa14和第2第2系统输出绕组Sb9～Sb14被设计为，在将辅助齿部的齿部T1、T8的卷绕数均设为0时，相位差为90°，振幅相等。因此，卷绕数的振幅表面上看并不同。
通过如上所述进行构成，能够使输出信号成为正弦波状，从而能够获得提高角度检测精度的效果。
实施方式6.
接着，对使用了本发明的实施方式6所涉及的冗余型旋转变压器的旋转角度检测装置进行说明。
图19是表示实施方式6所涉及的旋转角度检测装置所使用的旋转变压器2的定子3的剖视图。
实施方式6所涉及的定子3的齿部T1～T14在周向上被分割为两部分，构成第1系统和第2系统，构成双重系统的冗余型旋转变压器。即，若对每一个系统的齿部进行总计，则为360°/2＝180°。
将定子3的齿部T1～T7设为第1系统齿部，将定子3的齿部T8～T14设为第2系统齿部。第1系统齿部T1～T7、第2系统齿部T8～T14中，齿部T1、T7、T8、T14仅卷绕励磁绕组，是不卷绕输出绕组的辅助齿部。其他的齿部T2～T6、T9～T13中卷绕有1相的励磁绕组和2相的输出绕组。即，在第1系统齿部T1、T7卷绕第1系统励磁绕组R1、R7，在第1系统齿部T2～T6卷绕第1系统励磁绕组R2～R6、第1第1系统输出绕组Sa2～Sa6、第2第1系统输出绕组Sb2～Sb6。
同样地，在第2系统齿部T8、T14卷绕第2系统励磁绕组R8、R14，在第2系统齿部T9～T13卷绕第2系统励磁绕组R9～R13、第1第2系统输出绕组Sa9～Sa13、第2第2系统输出绕组Sb9～Sb13。
通过如上所示进行构成，在第1系统和第2系统的输出绕组所卷绕的齿部的两端配置有不具有输出绕组的齿部，消除了第1系统和第2系统的输出绕组相邻地配置的部位，从而能够获得抑制磁气干扰并进一步提高角度检测精度这样的效果。
图20是表示实施方式6所涉及的第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7、第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7、第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14、以及第2第2系统输出绕组Sb8～Sb14的卷绕数分布的图。
此处，在图20中，将作为辅助齿部的齿部T1、T7、T8、T14也包含在内，连续地示出卷绕于第1系统齿部T2～T6以及第2系统齿部T9～T13的输出绕组的卷绕数。此外，卷绕数通过不具有作为辅助齿部的齿部T1、T7、T8、T14的情况下的卷绕数来进行标准化。
实施方式6所涉及的旋转变压器2的第1第1系统输出绕组Sa1～Sa7和第2第1系统输出绕组Sb1～Sb7被设计为，在将作为辅助齿部的齿部T1、T7的卷绕数均设为0时，相位差为90°且振幅相等。因此，卷绕数的振幅表面上看并不同。同样地，第1第2系统输出绕组Sa8～Sa14和第2第2系统输出绕组Sb8～Sb14被设计为，在将作为辅助齿部的齿部T8、T14的卷绕数均设为0时，相位差为90°且振幅相等。因此，卷绕数的振幅表面上看并不同。
通过如上所述进行构成，能够使输出信号成为正弦波状，从而能够获得提高角度检测精度的效果。
以上，对本发明所涉及的多个实施方式进行了说明，但本发明并不限于此，在不脱离本发明的要旨的范围内可对各实施方式自由地进行组合，或者适当对各实施方式进行变形、省略。
标号说明
1角度运算器、1a第1系统角度运算器、1b第2系统角度运算器、2冗余型旋转变压器、3定子、4转子、5绕组、6转轴、7旋转电机、8延伸部、9a、9b输出端子、10第1系统励磁电路、11第2系统励磁电路、12异常判定器、13绝缘体、100旋转角度检测装置、T1～T14齿部、R1～R14励磁绕组、Sa1～Sa14、Sb1～Sb14输出绕组、B1第1系统第1块、B2第2系统第2块、B3第1系统第2块、B4第2系统第2块。

Claims (14)

1.一种冗余型旋转变压器，其特征在于，
由一对转子和定子构成，
所述转子是具有Nx个凸极的轴倍角Nx的转子，Nx设为自然数，
所述定子在周向上依次配置有n个齿部，n设为自然数，并且在周向上被进行M分割而构成M系统，M设为2以上的自然数，若对构成一个系统的齿部的角度进行总计，则为360/M度，
在n个所述齿部分别卷绕1相的励磁绕组，并卷绕构成所述M系统中的一个系统的2相的输出绕组，同一频率的励磁信号从不同的励磁电路被施加到各个所述励磁绕组，
每一个系统的所述输出绕组的空间次数为自然数，
在将构成所述M系统的第1系统的检测角度设为θ1、构成所述M系统的第2系统的检测角度设为θ2，将α设为实数时，
通过|θ1+θ2|＞α来检测异常。
2.如权利要求1所述的冗余型旋转变压器，其特征在于，
在所述M系统中的一部分发生了故障的情况下，停止发生了故障的系统的励磁信号。
3.如权利要求1或2所述的冗余型旋转变压器，其特征在于，
所述每一个系统的励磁次数为Ne±0.5次，Ne设为自然数，并且所述转子的轴倍角为奇数。
4.如权利要求1或2所述的冗余型旋转变压器，其特征在于，
所述每一个系统的励磁次数为Ne±0次，Ne设为自然数，并且所述转子的轴倍角为偶数。
5.如权利要求1或2所述的冗余型旋转变压器，其特征在于，
所述M系统的输出信号中，各个系统的输出信号之间产生的偏移量被校正。
6.如权利要求1或2所述的冗余型旋转变压器，其特征在于，
在构成所述一个系统的齿部的连接部即齿部块的端部，配置有不卷绕输出绕组的辅助齿部。
7.如权利要求6所述的冗余型旋转变压器，其特征在于，
卷绕于所述一个系统的2相的输出绕组的卷绕数的振幅不同。
8.如权利要求1或2所述的冗余型旋转变压器，其特征在于，
所述励磁信号的相位差在60°以内。
9.如权利要求1或2所述的冗余型旋转变压器，其特征在于，
所述励磁信号同步。
10.如权利要求1或2所述的冗余型旋转变压器，其特征在于，
所述M为2。
11.如权利要求1或2所述的冗余型旋转变压器，其特征在于，
第1系统和第2系统的输出绕组彼此向相同方向或相反方向卷绕。
12.如权利要求1或2所述的冗余型旋转变压器，其特征在于，
两个系统在周向上隔开180°进行配置。
13.如权利要求1或2所述的冗余型旋转变压器，其特征在于，
两个系统在周向上隔开90°进行配置。
14.一种旋转角度检测装置，其特征在于，包括：
权利要求1至13的任一项所述的冗余型旋转变压器；以及与所述冗余型旋转变压器的输出端子相连接、根据所述冗余型旋转变压器的输出绕组的输出电压计算所述转子的检测角度并输出的角度运算器。
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