旋轉(zhuǎn)變壓器（Resolver）是一種模擬式角度傳感器，廣泛應(yīng)用于高精度位置和速度檢測（如伺服系統(tǒng)、航空航天、機(jī)器人等）。其結(jié)構(gòu)和工作原理基于電磁感應(yīng)，具有高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)等特點。以下是詳細(xì)解析：

一、旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)變壓器主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，類似于電機(jī)的結(jié)構(gòu)，但專為角度測量設(shè)計：

 

1. 定子（Stator）

    

    

   • 固定在殼體上，通常由硅鋼片疊壓制成，槽內(nèi)嵌有繞組。

      

      

   • 包含兩組在空間上正交（相差90°）的線圈：正弦繞組（Sin）和余弦繞組（Cos）。

      

      

   • 定子繞組通過高頻交流電（通常為幾千Hz至幾十kHz）激勵。

      

      

2. 轉(zhuǎn)子（Rotor）

    

    

   • 旋轉(zhuǎn)部分，與電機(jī)軸或被測機(jī)構(gòu)連接。

      

      

   • 轉(zhuǎn)子繞組分為兩種類型：

      

      

     • 單繞組轉(zhuǎn)子：通過滑環(huán)或無線耦合（無刷設(shè)計）輸出信號。

        

        

     • 雙繞組轉(zhuǎn)子：無需滑環(huán)，但需外部激勵（較少見）。

        

        

   • 轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)會調(diào)制定子繞組的電磁耦合，輸出與角度相關(guān)的信號。

      

      

3. 無刷設(shè)計（常見于現(xiàn)代應(yīng)用）

    

    

   • 通過變壓器耦合代替滑環(huán)，提高壽命和可靠性。

      

      

   • 額外增加一個“旋轉(zhuǎn)變壓器”作為勵磁耦合器，避免物理接觸。

      

      

二、工作原理

 

旋轉(zhuǎn)變壓器基于變壓器原理，通過電磁耦合將轉(zhuǎn)子角度信息編碼到輸出信號中：

 

1. 勵磁信號

    

    

   • 定子（或轉(zhuǎn)子）的勵磁繞組輸入高頻正弦交流電（例如 Vex=Asin(ωt)）。

      

      

   • 典型頻率：1kHz~10kHz，幅值幾伏至幾十伏。

      

      

2. 信號調(diào)制

    

    

   • 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，其繞組與定子繞組的耦合程度隨角度變化，輸出信號幅值與轉(zhuǎn)子角度 θ 成正/余弦關(guān)系：

      

     Vsin=k?Vex?sinθ（正弦輸出）Vcos=k?Vex?cosθ（余弦輸出） 其中 k 為變壓比，θ 為轉(zhuǎn)子機(jī)械角度。

      

3. 角度解算

    

    

   • 通過測量 Vsin 和 Vcos 的幅值比例，可計算出角度 θ：

      

     θ=arctan(VcosVsin)

   • 實際應(yīng)用中需使用專用解算芯片（RDC）或數(shù)字信號處理（DSP）將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字角度。

      

      

三、關(guān)鍵特點

 

 

1. 高精度：可達(dá)±5角分（0.08°），無累積誤差。

    

    

2. 抗干擾：模擬信號對電磁噪聲不敏感，適合惡劣環(huán)境。

    

    

3. 無接觸：無刷設(shè)計免維護(hù)，壽命長。

    

    

4. 多極對設(shè)計：通過增加極對數(shù)可提高分辨率（如1對極=360°范圍，多對極=360°/n）。

    

    

四、應(yīng)用場景

 

 

• 伺服電機(jī)：替代光電編碼器，用于工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床。

   

   

• 航空航天：飛機(jī)舵面控制、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。

   

   

• 新能源汽車：電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測。

   

   

五、與光電編碼器的對比

 

 

 

特性	旋轉(zhuǎn)變壓器	光電編碼器
精度	高（無累積誤差）	極高（依賴碼盤分辨率）
環(huán)境適應(yīng)性	耐高溫、振動、油污	怕灰塵、振動
成本	中等	高（高分辨率型號）
信號類型	模擬信號（需解算）	數(shù)字信號（直接輸出）