浅析阻式旋转变压器的基本工作原理

发布时间:2023-09-12  

旋转变压器常用于电动汽车中所用的位置、速度传感器。例如,驱动用电动机和发电机的位置传感器、电动助力方向盘电机的位置传感器、燃气阀角度测量等,都采用了旋转变压器。但旋转变压器形式多样,而磁阻式旋转变压器因其工艺性好、相对位移大、可靠性高、低成本而被广泛应用于电动汽车。


磁阻式旋转变压器:一相励磁绕组和两相输出绕组固定在定子槽内,转子磁极形状特殊设计,使得气隙于正弦形状,转子在旋转时,由气隙的变化使得两相输出绕组信号成正余弦关系。看完之后,是不是一脸懵圈。


下面将先温习最基本的理论“电生磁”、“磁生电”,再介绍磁阻式旋转变压器的基本工作原理。


1. 磁和电的基本关系

1).安培定则(“电生磁”) :螺旋管载有电流,产生磁场。

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图1.

2).法拉第电磁感应定律(“磁生电”):磁通量的变化产生感应电动势。

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图2.

2. 磁阻效应

“金属或半导体的载流子在磁场中运动时,由于受到电磁场的变化产生的洛伦兹力作用,产生了磁阻效应”。看完之后,又有点懵圈。

为了更好地理解,我们做个试验,如图3所示,U型硅钢片1绕上螺旋线,并在U型开口处方一块小硅钢片2,当螺旋线通上电流,则硅钢2和硅钢片1吸合在一起,如图4所示,这就磁阻效应的结果。

磁力线(即磁感应线)总是走磁阻最小(磁导率最大)的路径且选择路径最小的回路。由于空气的磁阻比硅钢的磁阻大,磁力线会优先走在硅钢片内部,如图3所示,由于磁力线总是选择最小回路路径,硅钢片2处的磁力线会要求拉直,硅钢片1和硅钢片2就好比在磁力线拉力作用下吸合在一起,如图4所示。

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图3

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图4

3.变压器

变压器有两组螺旋线圈。初级螺旋线圈1和次级螺旋线圈2,如图5。当初级螺旋线圈1通上交流电V1时,根据安培定则,初级螺旋线圈1产生磁感应,磁感应线经铁芯,穿过次级线圈2,根据法拉第电磁感应定律,次级螺旋线圈2则产生感应电动势V2。两组螺旋线圈匝数比等于电压比。

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图5.

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图6.

4.磁阻式旋转变压器

磁阻式旋转变压器工作原理示意图,直接上图,如图7所示。

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速度传感器“磁阻式旋转变压器”采用一相励磁绕组和两相输出绕组固定在定子槽内,转子磁极形状特殊设计,使得气隙于正弦形状,转子在旋转时,由气隙的变化使得两相输出绕组信号成正余弦关系,如图8所示。

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图8:旋变速度传感器原理图

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图9.旋变速度传感器计算公式

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图10.速度传感器旋便信号输出波形


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