旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理淺談（二）

繼續(xù)接著聊聊旋變。

上一篇我們了解了安培定則和法拉第電磁感應定律。

今天再引入兩個新的名詞：霍爾效應和磁阻效應。

01.

霍爾效應和磁阻效應

磁阻效應(Magnetoresistance Effects)的定義:是指某些金屬或半導體的電阻值隨外加磁場變化而變化的現(xiàn)象。金屬或半導體的載流子在磁場中運動時,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。

如上圖，將一個半導體薄片放在磁感應強度為B的磁場中，沿y軸正方向通入電流I，半導體中的載流子將會受到洛倫磁力（運用左手法則判斷力的方向）的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在x方向集聚電荷產(chǎn)生霍爾電場，從而產(chǎn)生霍爾電場，這一效應也成為霍爾效應。

由于載流子的運動速度不一樣，而是滿足一定的統(tǒng)計分布，那么將有一部分的載流子往上圖的D和D'側偏轉(zhuǎn)，這種偏轉(zhuǎn)就使得沿外加電場方向（y方向）運動的載流子數(shù)量減少，從而電阻增大，這就是磁阻效應。

磁阻效應導致磁力線也就是磁感應線，總是沿著磁阻最小的路徑，這就好比電流永遠會優(yōu)先選擇電阻最小的路徑通過一樣。

舉個例子：

如果兩個硅鋼片（一個好比定子、另一個好比轉(zhuǎn)子）之間存在氣隙，并且這個氣隙是變化的，在一個硅鋼片上繞有線圈，并通上電流，那么根據(jù)上面的安培定則就會產(chǎn)生磁場，再根據(jù)磁阻效應原則，作為轉(zhuǎn)子的硅鋼片零件就會迫使被移動，從而使得磁力線路徑最短。

而新能源汽車電機的旋轉(zhuǎn)變壓器多采用磁阻式的。

02.

變壓器

旋轉(zhuǎn)變壓器也是一種變壓器，那什么是變壓器呢？我們再復習下：

變壓器（Transformer）是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（磁芯）。

變壓器的兩側線圈也稱為原邊和副邊。

原邊對應的是初級線圈，也就是電壓的輸入側；副邊對應的就是次級線圈，也就是電壓經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)換后電壓的輸出側。

兩側的電壓比值和兩側線圈匝數(shù)有關，公式為：V1/V2=N1/N2。

03 .

旋轉(zhuǎn)變壓器的作用

我們知道電控的主要作用是一個變頻器，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，從而給電機提供驅(qū)動電流。另外它還可以控制三相交流電的頻率和次序，從而可以改變驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向（正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)）。

而旋轉(zhuǎn)變壓器的作用就是精準測量電機轉(zhuǎn)子的位置、轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向，將這些信號傳輸給電控，由軟件的控制算法來控制電機。

04.

旋轉(zhuǎn)變壓器的結構和工作原理

旋轉(zhuǎn)變壓器其實也是一個小電機，包含定子、轉(zhuǎn)子和線圈繞組。

其中定子和轉(zhuǎn)子的鐵心材料為高導磁率的硅鋼片或鐵鎳合金片，經(jīng)過沖制、絕緣處理、疊裝而成。

繞組的話一般有三組，分別為勵磁繞組和兩相輸出繞組，分別固定在定子槽內(nèi)。

轉(zhuǎn)子的磁極形狀也比較特殊，使得轉(zhuǎn)子和定子鐵心之間的氣息成正弦形狀，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時，氣隙是在不斷變化的，但是使得兩相輸出繞組信號成正余弦的關系。

接著，我們再了解下繞組接線，參考下圖?？梢钥闯鰟畲啪€圈是逐個磁極反向串接的，輸出繞組1和繞組2則是中間隔一個磁極再反向串接的。中間的偏心凸輪為轉(zhuǎn)子，它與鐵心的氣隙距離大小，則決定磁場的強度。磁場強度與氣隙間距成反比。

另外繞組對外共有6條引線，如果加上2根溫度引線，所以一般旋變對外輸出有8個信號。大概結構可以參考下圖：

如果勵磁線圈輸入的是正弦激勵電流sinωt,轉(zhuǎn)子與定子夾角θ，那么正弦輸出繞組的信號就為sinωtsinθ，余弦輸出繞組的信號為sinωtcosθ，電壓計算再乘以原來的激勵電壓，如下圖：

如果看輸出電壓的波形的話，正弦和余弦輸出信號相位角相差90度，整車VCU可以通過檢測兩個繞組輸出的電壓值，就可以計算出轉(zhuǎn)子的位置，再通過波形就可以計算出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，這就是旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理。

最后的話

好了，關于旋轉(zhuǎn)變壓器的介紹，就先寫到這里了。

我們總結下：

首先我?guī)Т蠹抑匦聫土暳讼拢?strong>安培定則、電磁感應定律、霍爾效應和磁阻效應。

然后再通過變壓器的知識引入，從而認識旋轉(zhuǎn)變壓器也是變壓器的一種。

接著詳細介紹了旋變的基本結構：定子、轉(zhuǎn)子和繞組。

繞組又包含3個：勵磁繞組、兩個輸出繞組（正弦和余弦）。

最后，整車VCU就是通過計算檢測旋變的兩個輸出繞組的電壓值，從而計算出電機轉(zhuǎn)子的位置，進而計算出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。