淺析阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的基本工作原理

旋轉(zhuǎn)變壓器常用于電動(dòng)汽車中所用的位置、速度傳感器。例如，驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的位置傳感器、電動(dòng)助力方向盤電機(jī)的位置傳感器、燃?xì)忾y角度測量等，都采用了旋轉(zhuǎn)變壓器。但旋轉(zhuǎn)變壓器形式多樣，而磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器因其工藝性好、相對位移大、可靠性高、低成本而被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車。

磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器：一相勵(lì)磁繞組和兩相輸出繞組固定在定子槽內(nèi)，轉(zhuǎn)子磁極形狀特殊設(shè)計(jì)，使得氣隙于正弦形狀，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)，由氣隙的變化使得兩相輸出繞組信號(hào)成正余弦關(guān)系?？赐曛螅遣皇且荒樸氯?。

下面將先溫習(xí)最基本的理論“電生磁”、“磁生電”，再介紹磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器的基本工作原理。

1. 磁和電的基本關(guān)系

1).安培定則(“電生磁”) :螺旋管載有電流，產(chǎn)生磁場。

圖1.

2).法拉第電磁感應(yīng)定律（“磁生電”）：磁通量的變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。

圖2.

2. 磁阻效應(yīng)

“金屬或半導(dǎo)體的載流子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于受到電磁場的變化產(chǎn)生的洛倫茲力作用，產(chǎn)生了磁阻效應(yīng)”?？赐曛?，又有點(diǎn)懵圈。

為了更好地理解，我們做個(gè)試驗(yàn)，如圖3所示，U型硅鋼片1繞上螺旋線，并在U型開口處方一塊小硅鋼片2，當(dāng)螺旋線通上電流，則硅鋼2和硅鋼片1吸合在一起，如圖4所示，這就磁阻效應(yīng)的結(jié)果。

磁力線（即磁感應(yīng)線）總是走磁阻最?。ù艑?dǎo)率最大）的路徑且選擇路徑最小的回路。由于空氣的磁阻比硅鋼的磁阻大，磁力線會(huì)優(yōu)先走在硅鋼片內(nèi)部，如圖3所示，由于磁力線總是選擇最小回路路徑，硅鋼片2處的磁力線會(huì)要求拉直，硅鋼片1和硅鋼片2就好比在磁力線拉力作用下吸合在一起，如圖4所示。

圖3

圖4

3.變壓器

變壓器有兩組螺旋線圈。初級(jí)螺旋線圈1和次級(jí)螺旋線圈2，如圖5。當(dāng)初級(jí)螺旋線圈1通上交流電V1時(shí)，根據(jù)安培定則，初級(jí)螺旋線圈1產(chǎn)生磁感應(yīng)，磁感應(yīng)線經(jīng)鐵芯，穿過次級(jí)線圈2，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，次級(jí)螺旋線圈2則產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢V2。兩組螺旋線圈匝數(shù)比等于電壓比。

圖5.

圖6.

4.磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器

磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理示意圖，直接上圖，如圖7所示。

速度傳感器“磁阻式旋轉(zhuǎn)變壓器”采用一相勵(lì)磁繞組和兩相輸出繞組固定在定子槽內(nèi)，轉(zhuǎn)子磁極形狀特殊設(shè)計(jì)，使得氣隙于正弦形狀，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)，由氣隙的變化使得兩相輸出繞組信號(hào)成正余弦關(guān)系，如圖8所示。

圖8：旋變速度傳感器原理圖

圖9.旋變速度傳感器計(jì)算公式

圖10.速度傳感器旋便信號(hào)輸出波形