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。
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。
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。
图3
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。
图5.
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。
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。
图8:旋变速度传感器原理图
图9.旋变速度传感器计算公式
图10.速度传感器旋便信号输出波形