数控机床的检测装置
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当转子反转时，同主要样内可容 得到
U2＝k Umcos（ωt+θ）
转子输出电压的相位角和θ间有严格对应关系，只要检 测出转子输出电压的相位角，就可以求得θ ，也就可得
到被测轴的角位移。
实际应用时，把定子余弦绕组励磁电压的相位作为基准
相位，与转子绕组的输出电压相位做比较，来确定θ的
大小。
CNC
6.2 旋转变压器
闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位 置检测装置的精度决定的，在设计数控机床进给伺 服系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精心 选择位置检测装置。
CNC
6.1 概述
数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流三种类型。
☆安装的位置及耦主要合内方容 式—直接测量和间接测量；
☆测量方法—
增量型和绝对型;
缺点：信号处理比较复杂。
旋转变压器转子轴与电机轴或丝杠连接在一起，实现电机 轴或丝杠转角的测量。
CNC
6.2 旋转变压器
旋转变压器的分类
按有无电刷分：接触式和无接触式两种；
主要内容
按极对数分：单对极和多对极；
按输出电压与转子转角间的函数关系分：正余弦旋 转变压器、线性旋转变压器、比例式旋转变压器以 及特殊函数旋转变压器等。
CNC
6.2 旋转变压器
6.2 旋转变压器
旋转变压器是一种输出电压与角位移量成连续函 数关系的感应式主要微内容电机，数控机床上常见的角位
移测量装置，广泛用于半闭环控制的数控机床。
优点：结构简单、动作灵敏、工作可靠、对环境 条件要求低（特别是高温、高粉尘的地方）、输 出信号幅度大和抗干扰能力强等特点.
CNC
6.2 旋转变压器
由定子和转子组成，结构上与旋转式的小型交 流电机相似。主要内容
有刷旋转变压器定子、转子上两相绕组轴线分 别相互垂直，转子绕组的引线（端点）经滑环 引出，并通过电刷送到外面。
CNC
6.2 旋转变压器
轴承
机壳 3
2
转轴 1
主要内容
转子铁心 定子铁心
4
5
6 端盖 7 电刷
8 滑环
2．鉴幅工作方式
给定子的两个绕主要组内分容 别通以频率相同、相位相 同、幅值分别按正弦和余弦变化的交流励磁电 压，即
U1s＝Umsinsinωt U1c= Umcossinωt
CNC
6.2 旋转变压器
转子正转时，U1s、U1c经叠加，转子感应电压U2为： U2＝kUmsinαsi主n要ω内ts容inθ＋k Umcosαsinωtcosθ
CNC
6.2 旋转变压器
U 1s
主要内容 U 2 kU1s sin kU1c cos
U 1c
定子 1c
1ccos
θ
45°
1sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱin
R
U 2 转子
1s
CNC
6.2 旋转变压器
主要内容
CNC
6.2 旋转变压器
1．鉴相工作方式
给定子的两个绕组通以相同幅值、相同频率， 但相位差π/主2要的内容交流励磁电压
＝kUmcos（α－θ）sinωt 转子反转时，同理有：
U2＝kUmcos（α＋θ） sinωt U2的幅值分别为:kUmcos（α－θ）、kUmcos（α＋θ）
转子感应电压的幅值随转子的偏转角而变化。测量出 幅值可测出 转角。
CNC
6.2 旋转变压器
三、旋转变压器的应用
由角位移如何计算直线位移?
旋转变压器有刷结构示意图
CNC
6.2 旋转变压器
数控机床主要使用无刷旋转变压器，组成： 分解器、变压主要器内，容 不通过电刷与滑环把信号
传递出来
无刷旋转变压器具有输出信号大、可靠性高、 寿命长及不用维修等优点。
CNC
6.2 旋转变压器
分解器 2
3
主要内容
变压器
5
6
1
8
47
1-转子轴 2-壳体 3-分解器定子 4-变压器定子 5-变压器一 次绕组 6-变压器转子线轴 7-变压器二次绕组 8-分解器转子
☆检测信号的类型—
模拟式和数字式；
☆运动型式—
回转型和直线型；
☆信号转换的原理—光电效应、光栅效应、电磁感应
原理、压电效应、压阻效应和磁阻效应等。
CNC
6.1 概述
数控机床对检测装置的主要要求
1）受温度、湿主度要内影容响小，工作可靠，抗干扰能力 强；
2）在机床移动范围内满足精度和速度要求； 3）使用维护方便，适合机床运行环境； 4）成本低； 5）易于实现高速的动态测量。
U1=U msinωt
定子
φ1 主要内容
φ1
θ
56°
φ1
转子
φ2
φ2
φ2
U1 激磁
U2 输出
θ=00 ¦ µ2=0 U 2=0
θ
θ=90 0
¦ 2µ=k¦ 1µsinθ
¦ 2µ=k¦ 1µ
U2=Un2U＝msninUω1stsiinnθ U2=nUmsinωt
CNC
6.2 旋转变压器
单极型旋转变压器的定子和转子各有一对磁极， 假设加到定子绕组的励磁电压为U1，则转子通过 电磁耦合，产主生要内感容应电势U2。
CNC
第6章 数控机床的检测装置
主要内容 ➢6.1 概述
主要内容
➢6.2 旋转变压器
➢6.3 感应同步器
➢6.4 光栅
➢6.5 编码器
CNC
6.1 概述
组成：位置检测装置是由检测元件（传感器） 和信号处理装置主要组内成容的。
作用：实时测量执行部件的位移和速度信号， 并变换成位置控制单元所要求的信号形式。它是闭 环、半闭环进给伺服系统的重要组成部分。
U1 U m sin t
U2 nU1 sin nU m sint sin
Um—励磁电压幅值 n—绕组匝数比 θ—转子偏转角
CNC
6.2 旋转变压器
U msinωt
U1 U m sin t
U1 主要内容
激磁
φ1
t
U2
φ2
输出
t
θ=90 0 2µ=k¦ 1µ
=nU msinωt
U2 nUm sin t sin
主要内容
将旋转变压器安装在数控机床的丝杠上，当θ角从
CNC
6.2 旋转变压器
6.2.2 旋转变压器的工作原理
原理：电磁感应－互感原理 主要内容
当定子加上一定频率的励磁电压时，通过 电磁耦合，转子绕组产生感应电势，其输 出电压的大小取决于定子和转子两个绕组 轴线在空间的相对位置。
CNC
6.2 旋转变压器
U1=Umsinωt U 1=U msinωt
U1s＝Umsinωt
U1c＝Um（sinωt+π/2）＝Umcosωt
当转子正转时，这两个励磁电压在转子绕组 中产生的感应电压经叠加，得到转子的感应
电压U2为 U 2 kU1s sin kU1c cos
CNC
6.2 旋转变压器
U2＝kUmsinωtsinθ＋kUmcosωtcosθ =kUmcos（ωt-θ）
U2＝k Umcos（ωt+θ）
转子输出电压的相位角和θ间有严格对应关系，只要检 测出转子输出电压的相位角，就可以求得θ ，也就可得
到被测轴的角位移。
实际应用时，把定子余弦绕组励磁电压的相位作为基准
相位，与转子绕组的输出电压相位做比较，来确定θ的
大小。
CNC
6.2 旋转变压器
闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位 置检测装置的精度决定的，在设计数控机床进给伺 服系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精心 选择位置检测装置。
CNC
6.1 概述
数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流三种类型。
☆安装的位置及耦主要合内方容 式—直接测量和间接测量；
☆测量方法—
增量型和绝对型;
缺点：信号处理比较复杂。
旋转变压器转子轴与电机轴或丝杠连接在一起，实现电机 轴或丝杠转角的测量。
CNC
6.2 旋转变压器
旋转变压器的分类
按有无电刷分：接触式和无接触式两种；
主要内容
按极对数分：单对极和多对极；
按输出电压与转子转角间的函数关系分：正余弦旋 转变压器、线性旋转变压器、比例式旋转变压器以 及特殊函数旋转变压器等。
CNC
6.2 旋转变压器
6.2 旋转变压器
旋转变压器是一种输出电压与角位移量成连续函 数关系的感应式主要微内容电机，数控机床上常见的角位
移测量装置，广泛用于半闭环控制的数控机床。
优点：结构简单、动作灵敏、工作可靠、对环境 条件要求低（特别是高温、高粉尘的地方）、输 出信号幅度大和抗干扰能力强等特点.
CNC
6.2 旋转变压器
由定子和转子组成，结构上与旋转式的小型交 流电机相似。主要内容
有刷旋转变压器定子、转子上两相绕组轴线分 别相互垂直，转子绕组的引线（端点）经滑环 引出，并通过电刷送到外面。
CNC
6.2 旋转变压器
轴承
机壳 3
2
转轴 1
主要内容
转子铁心 定子铁心
4
5
6 端盖 7 电刷
8 滑环
2．鉴幅工作方式
给定子的两个绕主要组内分容 别通以频率相同、相位相 同、幅值分别按正弦和余弦变化的交流励磁电 压，即
U1s＝Umsinsinωt U1c= Umcossinωt
CNC
6.2 旋转变压器
转子正转时，U1s、U1c经叠加，转子感应电压U2为： U2＝kUmsinαsi主n要ω内ts容inθ＋k Umcosαsinωtcosθ
CNC
6.2 旋转变压器
U 1s
主要内容 U 2 kU1s sin kU1c cos
U 1c
定子 1c
1ccos
θ
45°
1sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱin
R
U 2 转子
1s
CNC
6.2 旋转变压器
主要内容
CNC
6.2 旋转变压器
1．鉴相工作方式
给定子的两个绕组通以相同幅值、相同频率， 但相位差π/主2要的内容交流励磁电压
＝kUmcos（α－θ）sinωt 转子反转时，同理有：
U2＝kUmcos（α＋θ） sinωt U2的幅值分别为:kUmcos（α－θ）、kUmcos（α＋θ）
转子感应电压的幅值随转子的偏转角而变化。测量出 幅值可测出 转角。
CNC
6.2 旋转变压器
三、旋转变压器的应用
由角位移如何计算直线位移?
旋转变压器有刷结构示意图
CNC
6.2 旋转变压器
数控机床主要使用无刷旋转变压器，组成： 分解器、变压主要器内，容 不通过电刷与滑环把信号
传递出来
无刷旋转变压器具有输出信号大、可靠性高、 寿命长及不用维修等优点。
CNC
6.2 旋转变压器
分解器 2
3
主要内容
变压器
5
6
1
8
47
1-转子轴 2-壳体 3-分解器定子 4-变压器定子 5-变压器一 次绕组 6-变压器转子线轴 7-变压器二次绕组 8-分解器转子
☆检测信号的类型—
模拟式和数字式；
☆运动型式—
回转型和直线型；
☆信号转换的原理—光电效应、光栅效应、电磁感应
原理、压电效应、压阻效应和磁阻效应等。
CNC
6.1 概述
数控机床对检测装置的主要要求
1）受温度、湿主度要内影容响小，工作可靠，抗干扰能力 强；
2）在机床移动范围内满足精度和速度要求； 3）使用维护方便，适合机床运行环境； 4）成本低； 5）易于实现高速的动态测量。
U1=U msinωt
定子
φ1 主要内容
φ1
θ
56°
φ1
转子
φ2
φ2
φ2
U1 激磁
U2 输出
θ=00 ¦ µ2=0 U 2=0
θ
θ=90 0
¦ 2µ=k¦ 1µsinθ
¦ 2µ=k¦ 1µ
U2=Un2U＝msninUω1stsiinnθ U2=nUmsinωt
CNC
6.2 旋转变压器
单极型旋转变压器的定子和转子各有一对磁极， 假设加到定子绕组的励磁电压为U1，则转子通过 电磁耦合，产主生要内感容应电势U2。
CNC
第6章 数控机床的检测装置
主要内容 ➢6.1 概述
主要内容
➢6.2 旋转变压器
➢6.3 感应同步器
➢6.4 光栅
➢6.5 编码器
CNC
6.1 概述
组成：位置检测装置是由检测元件（传感器） 和信号处理装置主要组内成容的。
作用：实时测量执行部件的位移和速度信号， 并变换成位置控制单元所要求的信号形式。它是闭 环、半闭环进给伺服系统的重要组成部分。
U1 U m sin t
U2 nU1 sin nU m sint sin
Um—励磁电压幅值 n—绕组匝数比 θ—转子偏转角
CNC
6.2 旋转变压器
U msinωt
U1 U m sin t
U1 主要内容
激磁
φ1
t
U2
φ2
输出
t
θ=90 0 2µ=k¦ 1µ
=nU msinωt
U2 nUm sin t sin
主要内容
将旋转变压器安装在数控机床的丝杠上，当θ角从
CNC
6.2 旋转变压器
6.2.2 旋转变压器的工作原理
原理：电磁感应－互感原理 主要内容
当定子加上一定频率的励磁电压时，通过 电磁耦合，转子绕组产生感应电势，其输 出电压的大小取决于定子和转子两个绕组 轴线在空间的相对位置。
CNC
6.2 旋转变压器
U1=Umsinωt U 1=U msinωt
U1s＝Umsinωt
U1c＝Um（sinωt+π/2）＝Umcosωt
当转子正转时，这两个励磁电压在转子绕组 中产生的感应电压经叠加，得到转子的感应
电压U2为 U 2 kU1s sin kU1c cos
CNC
6.2 旋转变压器
U2＝kUmsinωtsinθ＋kUmcosωtcosθ =kUmcos（ωt-θ）