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

一、旋轉變壓器的結構

旋轉變壓器主要由定子和轉子兩部分組成，類似于電機的結構，但專為角度測量設計：

1. 定子（Stator）

   • 固定在殼體上，通常由硅鋼片疊壓制成，槽內嵌有繞組。

   • 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. 轉子（Rotor）

   • 旋轉部分，與電機軸或被測機構連接。

   • 轉子繞組分為兩種類型：

     • 單繞組轉子：通過滑環(huán)或無線耦合（無刷設計）輸出信號。

     • 雙繞組轉子：無需滑環(huán)，但需外部激勵（較少見）。

   • 轉子的旋轉會調制定子繞組的電磁耦合，輸出與角度相關的信號。

3. 無刷設計（常見于現(xiàn)代應用）

   • 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“旋轉變壓器”作為勵磁耦合器，避免物理接觸。

二、工作原理

旋轉變壓器基于變壓器原理，通過電磁耦合將轉子角度信息編碼到輸出信號中：

1. 勵磁信號

   • 定子（或轉子）的勵磁繞組輸入高頻正弦交流電（例如 $V_{ex} = A\sin(\omega t)$Vex=Asin(ωt)）。

   • 典型頻率：1kHz~10kHz，幅值幾伏至幾十伏。

2. 信號調制

   • 轉子旋轉時，其繞組與定子繞組的耦合程度隨角度變化，輸出信號幅值與轉子角度 $\theta$θ 成正/余弦關系：

     $$V_{\text{sin}} = k \cdot V_{ex} \cdot \sin\theta \quad \text{（正弦輸出）} \\ V_{\text{cos}} = k \cdot V_{ex} \cdot \cos\theta \quad \text{（余弦輸出）}$$Vsin=k?Vex?sinθ（正弦輸出）Vcos=k?Vex?cosθ（余弦輸出）

     其中 $k$k 為變壓比，$\theta$θ 為轉子機械角度。

3. 角度解算

   • 通過測量 $V_{\text{sin}}$Vsin 和 $V_{\text{cos}}$Vcos 的幅值比例，可計算出角度 $\theta$θ：

     $$\theta = \arctan\left(\frac{V_{\text{sin}}}{V_{\text{cos}}}\right)$$θ=arctan(VcosVsin)

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

三、關鍵特點

1. 高精度：可達±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：無刷設計免維護，壽命長。

4. 多極對設計：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、應用場景

• 伺服電機：替代光電編碼器，用于工業(yè)機器人、數(shù)控機床。

• 航空航天：飛機舵面控制、慣性導航系統(tǒng)。

• 新能源汽車：電機轉子位置檢測。

五、與光電編碼器的對比