旋轉變壓器用于運動伺服控制系統(tǒng)中，作為角度位置的傳感和測量用。早期的旋轉變壓器其輸出，是隨轉子轉角作某種函數(shù)變化的電氣信號，通常是正弦、余弦、線性等。作為角度位置傳感元件，常用的有這樣幾種：光學編碼器、磁性編碼器和旋轉變壓器。由于制作和精度的緣故，磁性編碼器沒有其他兩種普及。光學編碼器的輸出信號是脈沖，由于是天然的數(shù)字量，數(shù)據(jù)處理比較方便，因而得到了很好的應用。早期的旋轉變壓器，由于信號處理電路比較復雜，價格比較貴的原因，應用受到了限制。因為旋轉變壓器具有無可比擬的可靠性，以及具有足夠高的精度，在許多場合有著不可代替的地位，特別是在軍事以及航天、航空、航海等方面。和光學編碼器相比，旋轉變壓器有這樣幾點明顯的優(yōu)點：
①無可比擬的可靠性，非常好的抗惡劣環(huán)境條件的能力；
②可以運行在更高的轉速下。（在輸出12?bit的信號下，允許電動機的轉速可達60，000rpm。而光學編碼器，由于光電器件的頻響一般在200kHz以下，在12?bit時，速度只能達到3，000rpm）；
③方便的絕對值信號數(shù)據(jù)輸出。
旋轉變壓器能夠按正弦、余弦、線性等函數(shù)關系將轉角轉換為電信號輸出，用于自動控制系統(tǒng)中作為運算信號元件，可買現(xiàn)三角函數(shù)運算、坐標變換、精確測位、角度的數(shù)字轉換或數(shù)據(jù)傳輸、移相等。
旋轉變壓器的作用是通過輸出電壓和轉子轉動角度之間的關系來體現(xiàn)的，對旋轉變壓器的要求主要集中于信號變換性能方面，具體包括：感應電勢與轉角之間的變化關系盡口_能符合正弦規(guī)律；函數(shù)誤差與零位誤差小，精度高，零位輸出電壓（剩余電壓）小；工作可靠性高，損耗小，效率較高。
驅動電機旋轉變壓器的工作詳解
電動車上的驅動電機現(xiàn)多為永磁同步電動機，這其中“位置傳感器”的作用重大，它通常被用于檢測電機轉子旋轉的瞬間準確位置，涉及到驅動電機的供電系統(tǒng)。電動車上只有直流電源，驅動電機使用的卻是三相交流電，中間需要用一個“變頻器”將動力電池的高壓直流電轉變成三相交流電向同步電機供電，以適應車輛驅動的不同需要。
其中變頻器是由車輛驅動系統(tǒng)的ECU控制的，通過對6個IGBT場效應管的門控驅動電路、控制三相交流電的頻率及次序來改變驅動電機的轉速和轉向，所以變頻器的門控電路是變頻器的核心。其中輸入ECU的多種信號中，負責精準檢測驅動電機轉子的旋轉位置的信號十分重要，而在當前的驅動電機中，常采用 “磁阻式旋轉變壓器”作為位置傳感器。電動車上的驅動控制電路如圖1所示。
一、磁阻式旋轉變壓器的結構與原理
電機轉子位置傳感器常被稱作旋轉變壓器或同步分解器，它是一種電磁式傳感器，汽修行業(yè)里的人常常稱它為“旋變”。旋轉變壓器實際上是一種特殊的小型交流電機，可用來精確檢測電機轉子的角位移和角速度。它由定子和轉子組成，其定子由高性能硅鋼片疊成，其上有繞組作為變壓器的原邊接受勵磁電壓，轉子繞組作為變壓器的副邊，通過電磁藕合在副邊線圈上產(chǎn)生感應電壓。
1．普通變壓器與旋轉變壓器的區(qū)別
普通變壓器的原邊和副邊的線圈是相對固定的，中間有鐵芯進行電磁交變，所以輸出與輸入的電壓比是不變值。旋轉變壓器的原邊繞組不動，副邊繞組隨轉子旋轉，當轉子的轉角位置改變時，其副邊繞組輸出電壓的大小會隨轉子角位移而發(fā)生變化，若輸出繞組的電壓幅值與轉子轉角成正弦或余弦的函數(shù)關系、保持某比例關系或與轉角成線口性關系就構成三種不同類型的旋轉變壓器。
2．磁阻式旋轉變壓器的特點
電動車的驅動電機上多使用磁阻式旋轉變壓器，它是旋轉變壓器的一種特殊形式，利用磁阻原理來實現(xiàn)電信號間的轉換。它的特點是原邊與副邊的繞組都放在電機定子的不同槽內，且均固定不旋轉。原邊繞組屬勵磁繞組通入正弦形的激磁電流，而副邊是由兩相線圈產(chǎn)生輸出信號，磁阻式旋轉變壓器示意圖如圖2所示。
旋變定子和轉子的鐵芯由鐵鎳軟磁合金或沖有槽孔的硅鋼片疊成。轉子不用永磁材料制成，它是由驅動同步電機的永磁轉子同軸帶動旋轉的。轉子在旋轉時通過磁阻原理在副邊的兩相繞組上分別感應出正弦及余弦電壓信號，故稱為正弦繞組和余弦繞組，產(chǎn)生彼此相差90°的電角度信號。
磁阻式旋轉變壓器的轉子采取多極形狀，磁極的外形應符合能感應正弦信號的特殊要求，因此磁場氣隙應近似于正弦波的形狀，如圖3所示。利用氣隙和磁阻的變化使輸出繞組的感應電壓會隨機械轉角作相應正弦或余弦的變化，同時轉子必須滿足多磁極的要求，旋轉變壓器的定子與轉子的磁極數(shù)是不相同的，定子磁極數(shù)比轉子的多。
3．磁阻式旋轉變壓器的三個繞組
磁阻式旋轉變壓器有三個繞組，包括有一個激勵線圈、兩個正交的感應線圈等三組線圈，對外共有6條引線。激勵線圈接受輸入的正弦型激勵電流，激磁頻率通常有400Hz、3 000Hz及5 000Hz等多種。正交的兩個感應線圈，依據(jù)旋變的轉子、定子的相互位置關系，調制出具有sin正弦和cos余弦包絡的檢測信號。如果激勵信號是sinωt，轉子與定子間的角度為θ，則正弦信號為sinωt× sinθ，而余弦信號則為sinωt× cosθ。根據(jù)siN、cos信號和原始的激勵信號，通過必要的檢測和比較電路即可高分辨率地檢測出轉子位置。
4．磁阻式旋轉變壓器的結構原理
磁阻式旋變的三個線圈如圖4所示，其中轉子齒為4個，定子齒畫出5個。激磁線圈、正弦線圈和余弦線圈均安置在定子槽內，輸入的激磁繞組1-1是逐個磁極反向串接，而正弦線圈2-2及余弦3-3，則是以兩個磁極為間隔，反向串接的輸出繞組。當轉子相對定子旋轉時，定子、轉子間氣隙的磁導發(fā)生變化，每轉過一個轉子齒距，氣隙的磁導變化一個周期。當轉子轉過一圈時，則變化出與轉子齒相同的數(shù)個周期。氣隙磁導的變化導致輸入和輸出繞組之間互感的變化，輸出繞組感應的電勢也隨之發(fā)生變化。輸出繞組按正弦及余弦規(guī)律變化來判斷轉子的瞬間位置以及旋轉的方向。
磁阻式旋轉變壓器結構簡單、占用空間尺寸極小，且勵磁繞組、正弦繞組和余弦繞組均固裝在定子上，圖5所示為正弦繞組與余弦繞組的接線示意圖。它還采取無刷式結構，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，其檢測角位移精度極高，甚至可精確到“秒”，此外磁阻式旋轉變壓器的抗干擾能力較好，更適合車輛對電機驅動的多種要求。
二、旋轉變壓器精細檢測電機轉子位置詳解
1．轉子正上方位置時的感應電壓
當勵磁繞組輸入有正弦激磁電流，若轉子位于正上位，轉子還處于相對靜止時，正弦線圈有感應電壓但余弦線圈無感應電壓輸出。圖6所示為三個線圈上的電壓信號波形。
這時由于轉子正對上方位置，與之最近的是定子上的正弦線圈，于是正弦線圈上感應有相位相反的正弦波電壓，而余弦線圈位置與轉子相差最遠，故此時不產(chǎn)生感應電壓。
2．旋變轉子順轉時的感應電壓
由于轉子旋轉離開正上方位置后與正弦繞組的位置逐漸離開，其正弦感應電壓下降，而余弦繞組中產(chǎn)生感應電壓則逐步變大，但相位與正弦繞組的電壓相反，與勵磁繞組的相位相同。轉子順轉時的感應電壓如圖7所示，若旋轉變壓器的轉子繼續(xù)旋轉到正對余弦繞組的磁極時，即圖7中旋變轉子順轉45°，此時正弦繞組不產(chǎn)生感應電壓信號，但余弦繞組將產(chǎn)生最大的電壓信號。
3．旋變轉子逆轉時的感應電壓
由于旋轉變壓器的轉子逆轉離開正上方的正弦繞組磁極，反方向會逐步接近余弦繞組的磁極。此時正弦電壓下降，而余弦電壓逐漸增大，相位與勵磁繞組的相反，也與順轉時轉子的余弦電壓相反，故可以借此來檢測轉子旋轉的方向。圖8所示為旋變轉子逆轉時的感應電壓。
4．總結
通過比較旋轉變壓器轉子的順轉與逆轉、輸出的電壓信號波形的幅值大小及相位即可檢測出轉子當前的位置和旋轉方向。同時通過計算信號波形的變化周期，即可準確判斷出旋轉變壓器轉子的轉速。由此經(jīng)變頻器的門控驅動電路可控制驅動電機轉速的高低，也就可調節(jié)車速的快慢。這種用電機調速的方式十分快捷，比傳統(tǒng)汽車變速器改變轉速的方式要簡單方便得多。
由上述分析可見，利用旋轉變壓器能精細檢測出驅動電機轉子的瞬間位置、即時轉速及旋轉方向，而且使驅動電機的結構更緊湊、制作費用成本更低，所以磁阻式旋轉變壓器在電動車的驅動電機中廣泛使用。