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磁阻式旋转变压器原理及应用

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  • 发布时间:2017/4/11 19:50:57
  • 作者:pl_yinhe

  磁阻式旋转变压器是一种利用气隙磁阻变化而输出信号变化的旋转变压器,是依据电磁感应原理,利用气隙变化和磁阻变化,而使输出绕组的感生电压随机械转角作相应正弦或余弦变化的角度传感元件。

磁阻式旋转变压器简介

  磁阻式旋转变压器是一种新型结构高精度角位置传感器,具有结构简单、工作可靠及适应高速运行等特点。

  磁阻式旋转变压器与传统线绕式旋变原理的区别较大。传统线绕式旋变的气隙均匀,通过转子信号绕组与定子激磁绕组之间的相对位置变化来计算转子转角位置变化。而磁阻式旋变的信号绕组和激磁绕组均固定在旋变的定子上,仅通过转子凸极效应产生具有正弦轨迹的气隙磁导变化,在信号绕组感应出正、余弦信号。

磁阻式旋转变压器原理

01磁阻式旋转变压器结构

  磁阻式旋变的结构与传统的绕组式旋变不同之处在于:其励磁绕组和输出绕组均安置在定子铁芯的槽中,转子仅由带齿的选片叠制而成,不放任何绕组,实现无接触运行。定子冲片内圆冲制有若干大齿(也称为极靴),每个大齿上又冲制若干等分小齿,绕组安放在大齿槽中。转子外圆表面冲制有若干等分小齿,其数与极对数相等。输出和输入绕组均为集中绕制,其正余弦绕组的匝数按正弦规律变化。

磁阻式旋转变压器

图1.磁阻式旋转变压器

02磁阻式旋转变压器原理

  图2为原理示意图,其中画出5个定子齿,4个转子齿。定子槽内安置了逐槽反向串接的输入绕组1-1,以及两个间隔绕制反向串接的输出绕组2-2和3-3。当转子相对定子转动时,空间的气隙磁导发生变化,每转过一个转子齿距,气隙磁导变化一个周期,转过一周,则变化转子齿数个周期。气隙磁导的变化,导致输入和输出绕组之间互感的变化,输出绕组感应的电势亦发生变化。

磁阻式旋转变压器原理示意图

图2.磁阻式旋转变压器原理示意图

  在电路设置上,旋变一般采用频率为1~10kHz的正弦交流电源作为激磁信号,对旋变输出的二相转角位置调制信号进行处理,得到以电量形式表达的位置信号。其输出电压形式与传统的正、余弦旋变相同。

旋转变压器cos输出信号 旋转变压器sin输出信号

旋转变压器cos输出信号                                        旋转变压器sin输出信号

  若激磁绕组的输入信号电压为:

  e1=E1msinωt。

  式中:E1m——激磁信号幅值;

  ω——激磁信号角频率,ω=2πf。

  则正弦信号绕组和余弦信号绕组(二相正交绕组)的输出信号电压与转子角位移θ的关系为:

  es=Esmcosθsinωt

  ec=Ecmsinθsinωt

  式中:Esm、Ecm——分别为输出信号幅值。

  理想情况下应满足:Esm=Ecm=Exm。

  由于加工工艺、模具制造和材料选择等因素造成Esm和Ecm不等,称为幅值误差。对于多极磁阻式旋变,变比Kv=Exm/E1m不等于输入、输出绕组的匝数比,其值需要通过实际测量或有限元分析后修正。

磁阻式旋转变压器特点及应用

  磁阻式旋转变压器由于没有耦合变压器、没有电刷,无接触结构,具有结构简单、成本低、对环境要求不高、容易实现传动系统一体化等特点,更适合用于电动机及数控系统的高精度控制。主要应用于汽车电子助力转向EPS,电动汽车,矿山机械(井下运煤车、传输带电机等),高铁等领域。