直线型磁阻式旋转变压器的研究.pdfVIP

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

摘要

随着科学进步和工业发展，传感器发挥着越来越重要的作用，其在教育、工

业、医疗、军事等方面均得到了广泛的应用。在直线位移传感器领域，光栅尺、

磁栅尺等直线位移传感器具有精度高、响应快、安装快捷、量程范围大等优点，

得到了极为广泛的应用。直线位移传感器也在不断朝着更高精度、更加智能化的

方向不断迈进。但是，在部分对精度要求不高，且需要严格压缩降低成本的场合，

仍然具有对成本更加低廉的直线位移传感器的实际需求。

磁阻式旋转变压器是一种主要应用在旋转电机伺服系统中的电机位置和速度

传感器。其相对于其他类型的传感器而言，结构简单、成本低廉、对工艺要求不

高、抗干扰能力强是其最大的优势。由其直线化而来的直线型磁阻式旋转变压器，

作为一种新型直线位移传感器，与其他传统直线位移传感器相比，其结构更为简

单、成本优势更为显著，具有广阔的发展前景。

首先，考虑到旋变的结构特点及后续的直线化过程，本文采用等效磁路法建

立了旋转变压器的解析数学模型，分析了传统旋转变压器的极槽配合和绕组拓扑。

提出了一种简化的转子结构并进行了谐波分析，证明了该转子结构的可行性。同

时，针对简化转子结构引入的气隙磁导高次谐波，详细分析了其对旋转变压器输

出信号的影响并给出了严谨的数学证明。数学分析表明，仅特定高次谐波对输出

信号产生不利影响。

其次，本文针对直线旋变的结构特点，详细分析了四种边端效应，并提出了

引入直线电机边端效应的等效磁路模型。为降低端部效应的影响，本文提出了移

动边齿的优化方案。此外，将本文在有限元分析软件上搭建了直线旋变模型，并

针对边齿位置、形状以及次级轮廓进行了优化，有效消除了由于直线电机的边端

效应而引入的函数误差。

最后，本文制作直线旋转变压器样机，搭建了硬件测试平台，编写了信号处

理程序。通过对实验样机的测试，得到了直线旋变输出信号的实际波形和误差曲

线，并分析了工艺性误差对直线旋变输出信号和误差的影响。采用有限元分析的

方法计算了相应误差曲线。所得实验结果符合理论分析及仿真，验证了直线旋转

变压器的正确性和可行性。

关键词：直线旋变；等效磁路法；边端效应；有限元分析

I

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

Abstract

Withtheadvancementofscienceandindustrialdevelopment,sensorshaveplayed

anincreasinglyimportantrole.Theyhavebeenwidelyusedineducation,industry,

medicalcare,andmilitaryaffairs.Inthefieldoflineardisplacementsensors,linear

displacementsensorssuchasgratingscalesandmagneticscaleshavetheadvantagesof

highaccuracy,fastresponse,quickinstallation,andlargerange,andhavebeenwidely

used.Lineardisplacementsensorsarealsoconstantlymovinginthedirectionofhigher

precisionandmoreintelligence.However,insomecaseswherethetherequirementof

accuracyisnothigh,andthestrictcostreductionarerequired,thereisstillapractical

needforalineardisplacementsensorwithalowercost.

Thevariablereluctanceresolveristhesensorofpositionandspeedofa