旋转变压器的结构

旋转变压器用于运动伺服控制系统中，作为角度位置的传感和测量用。早期的旋转变压器用于计算解答装置中，作为模拟计算机中的主要组成部分之一。其输出，是随转子转角作某种函数变化的电气信号，通常是正弦、余弦、线性等。这些函数是最常见的，也是容易实现的。在对绕组做专门设计时，也可产生某些特殊函数的电气输出。但这样的函数只用于特殊的场合，不是通用的。

60年代起，旋转变压器逐渐用于伺服系统，作为角度信号的产生和检测元件。三线的三相的自整角机，早于四线的两相旋转变压器应用于系统中。所以作为角度信号传输的旋转变压器，有时被称作四线自整角机。随着电子技术和数字计算技术的发展，数字式计算机早已代替了模拟式计算机。所以实际上，旋转变压器目前主要是用于角度位置伺服控制系统中。由于两相的旋转变压器比自整角机更容易提高精度，所以旋转变压器应用的更广泛。特别是，在高精度的双通道、双速系统中，广泛应用的多极电气元件，原来采用的是多极自整角机，现在基本上都是采用多极旋转变压器。

旋转变压器是目前国内的专业名称，简称“旋变” 。俄文里称作“ВращающийсяТрансформатор” ，词义就是“旋转变压器”。英文名字叫“resolver”，根据词义，有人把它称作为“解算器”或“分解器”。 

旋转变压器的结构

根据转子电信号引进、引出的方式，分为有刷旋转变压器和无刷旋转变压器。在有刷旋转变压器中，定、转子上都有绕组。转子绕组的电信号，通过滑动接触，由转子上的滑环和定子上的电刷引进或引出。由于有刷结构的存在，使得旋转变压器的可靠性很难得到保证。因此目前这种结构形式的旋转变压器应用的很少，我们着重于介绍无刷旋转变压器。 

目前无刷旋转变压器有两种结构形式。一种称作为环形变压器式无刷旋转变压器，另一种称作为磁阻式旋转变压器。

有刷式旋转变压器

它的转子绕组通过滑环和电刷直接引出，其特点是结构简单，体积小，但因电刷与滑环是机械滑动接触的，所以旋转变压器的可靠性差，寿命也较短，目前这种结构形式的旋转变压器应用的很少，我们着重于介绍无刷旋转变压器。。

无刷式旋转变压器

它分为两大部分，即旋转变压器本体和附加变压器。附加变压器的原、副边铁心及其线圈均成环形，分别固定于转子轴和壳体上，径向留有一定的间隙。

旋转变压器本体的转子绕组与附加变压器原边线圈连在一起，在附加变压器原边线圈中的电信号，即转子绕组中的电信号，通过电磁耦合，经附加变压器副边线圈间接地送出去。

这种结构避免了电刷与滑环之间的不良接触造成的影响，提高了旋转变压器的可靠性及使用寿命，但其体积、质量、成本均有所增加。

目前无刷旋转变压器有两种结构形式。一种称作为环形变压器式无刷旋转变压器，另一种称作为磁阻式旋转变压器。

环形变压器式旋转变压器

这种结构很好地实现了无刷、无接触。图中右侧部分是典型的旋转变压器的定、转子，在结构上和有刷旋转变压器一样的定、转子绕组，作信号变换。左侧是环形变压器。它的一个绕组在定子上，一个在转子上，同心放置。

转子上的环形变压器绕组和作信号变换的转子绕组相联，它的电信号的输入输出 由环形变压器完成。

磁阻式旋转变压器

磁阻式旋转变压器的励磁绕组和输出绕组放在同一套定子槽内，固定不动。但励磁绕组和输出绕组的形式不一样。两相绕组的输出信号，仍然应该是随转角作正弦变化、彼此相差90°电角度的电信号。

转子磁极形状作特殊设计，使得气隙磁场近似于正弦形。转子形状的设计也必须满足所要求的极数。可以看出，转子的形状决定了极对数和气隙磁场的形状。

磁阻式旋转变压器一般都做成分装式，不组合在一起，以分装形式提供给用户，由用户自己组装配合。

旋转变压器结构特点

旋变的定、转子上都分别嵌放有两个匝数、线径、几何尺寸等完全相同且正交 90°的绕组，定转子绕组都可用作励磁或输出，即定子绕组作为励磁，则转子绕组作为输出，反之亦可。一次侧一个绕组通电励磁， 另一个正交绕组短路作补偿， 以矫正磁路不对称造成的励磁磁轴偏移。由于多极旋变的工艺误差已被多极分割得很小， 对励磁磁轴偏移的影响亦很小， 所以通常多级旋变不设短路补偿绕组。二次侧一个绕组为正弦输出绕组， 另一个为余弦输出绕组。线性旋变一次侧与二次侧一个绕组串联励磁， 二次侧另一个绕组作线性输出。转子绕组接在集电环上， 通过金属电刷与外部出线端相连。

图示：正余弦旋变和线性旋变示意图

旋转变压器有单极对与多极对差别。多极旋变，是一种极对数 p 大于1的正余弦旋变， 其精度随极对数的增大而提高。一台多极旋变常和一台1对极旋变组装成一体（可以是共铁心共磁路， 也可以是分铁心分磁路），称双通道多极旋变。其中，1对极部分称为粗机，在系统中起定位作用。粗机一周之内只有一个基准电气零位，而精机（多极部分）有多少对极就有多少个不确定的电气零位，只有粗、精机零位最接近的那个电气零位，才是共同的基准电气零位。以此电气零位为基准，输出信号才能符合对应的函数关系，精机常在系统中起精测作用。

旋变的主要作用是获得高精度的位置信号，因此在设计、材料选用、机械加工等方面都特别讲究。例如，旋变的铁心冲片常选用高导磁性能的坡莫合金，冲片绝缘采用氧化膜处理。针对组装式旋变，电刷丝（片）应选用弹性好、耐磨、接触电阻小的银铜合金材料，转动部分装设滚珠轴承。

从结构形式上，旋变可分为有刷（有接触式）旋变、无刷（无接触式）旋变和比例式旋变。有刷旋变的转子绕组通过集电环和电刷与外部电路接通，其优点是工艺性好、制造简单， 缺点是有接触、可靠性差。无刷旋变一般用环形变压器将电源从定子耦合到转子上，给励磁绕组励磁，没有集电环和电刷，其优点是可靠性好、寿命长，缺点是工艺难度大、磁阻大、灵敏度低。为了解决灵敏度低的问题，无刷旋变多采用几千赫的高频电源励磁。比例式旋变也称为微型感应调压器，是一种可调输出的有限转角正余弦旋变，转子电路用卷绕的铍青铜簧片与外电路接通，卷角相对于基准电气零位大于 360°。实际应用时，调整比例式旋变轴上的齿轮机构，便能得到所需要的电压，再用锁紧螺钉锁住即可，其优点是能得到不同比例的电压，缺点是锁紧机构抗振性差。