一種有限角度差動(dòng)旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要：指出了傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝要求高、對(duì)環(huán)境要求高、使用壽命短、測(cè)量精度低等不足，并詳細(xì)介紹了一種有限角度差動(dòng)旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)及原理，并將其運(yùn)用到工程實(shí)例中，成功研制出旋轉(zhuǎn)變壓器，其在90度范圍內(nèi)差動(dòng)輸出精度實(shí)現(xiàn)±1%

關(guān)鍵字：旋轉(zhuǎn)變壓器;變面積式;差動(dòng)

隨著航空工業(yè)的快速發(fā)展，主機(jī)對(duì)機(jī)載成品提出位置信號(hào)閉環(huán)的要求，即產(chǎn)品工作至任一位置均能給上位控制系統(tǒng)進(jìn)行反饋，同時(shí)控制系統(tǒng)也能控制成品工作至任一位置。傳統(tǒng)的極限位置信號(hào)反饋系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足需求，越來(lái)越多的位置傳感器被應(yīng)用到該領(lǐng)域中。旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角度位置傳感器，通過(guò)輸出電壓的變化來(lái)反饋位置信號(hào)。傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝要求高，在很多場(chǎng)合無(wú)法進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)，同時(shí)因?yàn)榇罅坎捎闷岚~繞組，其體積重量大且價(jià)格高。為滿足航空機(jī)載成品的需求，一種新的角位移傳感裝置需要被研制出來(lái)。該位置傳感器需滿足體積重量小、壽命長(zhǎng)、可靠性高、精度高等要求。

一、旋轉(zhuǎn)變壓器簡(jiǎn)述

旋轉(zhuǎn)變壓器通常作為角度位置傳感元件。當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器的一側(cè)施加交流電壓，另一側(cè)輸出與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角或位移成某種函數(shù)關(guān)系的電壓。在控制系統(tǒng)中，它可以作為解算元件，主要用于坐標(biāo)變換、三角運(yùn)算等;也可用于隨動(dòng)系統(tǒng)中，作為傳輸與轉(zhuǎn)角響應(yīng)的電信號(hào);還可以用作移相器作為角度-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置。

旋轉(zhuǎn)變壓器的類(lèi)型很多，按極對(duì)數(shù)分，可以分為單對(duì)極和多對(duì)極兩種;按結(jié)構(gòu)形式分，可以分為分裝式和組裝式;按輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系，可以分為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器、線性旋轉(zhuǎn)變壓器和特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器;按接觸方式，可分為接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器和無(wú)接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器;按使用不同，可分為解算式旋轉(zhuǎn)變壓器和數(shù)據(jù)傳輸式旋轉(zhuǎn)變壓器。作為數(shù)據(jù)傳輸用，又可分為旋變變壓器，旋變發(fā)送機(jī)、差動(dòng)式旋變以及感應(yīng)移相器等。

傳統(tǒng)的接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器類(lèi)似同步電機(jī)，其定子上繞有激磁線圈，轉(zhuǎn)子部件類(lèi)似電樞，在不同的電樞槽嵌有不同匝數(shù)的線圈，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)電磁耦合，電樞線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)發(fā)生變化，并通過(guò)整流子輸出，從而實(shí)現(xiàn)角度位置的反饋（如圖1a）

傳統(tǒng)無(wú)接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器是在接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)附加變壓器，此變壓器的原、副邊繞組分別安裝在旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子和定子上，其中原邊繞組與旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián);因此，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子線圈中的電流進(jìn)入附加變壓器的原邊繞組，經(jīng)過(guò)電磁耦合，附加變壓器的副邊繞組輸出電動(dòng)勢(shì)，其電動(dòng)勢(shì)的值隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)而變化，從而實(shí)現(xiàn)角度位置的反饋（如圖1b）。

二、一種航空用有限角度差動(dòng)旋轉(zhuǎn)變壓器的介紹

該種旋轉(zhuǎn)變壓器將原、副邊繞組均安裝在定子上，轉(zhuǎn)子由導(dǎo)磁材料制成，轉(zhuǎn)子上加工一個(gè)槽，定子原邊繞組通電，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，改變電磁耦合的面積，使副邊繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)改變，從而實(shí)現(xiàn)角度位置的反饋（如圖2）;

該種旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子沒(méi)有繞線，且定子的繞線也相對(duì)簡(jiǎn)單，其工藝性較好，雖然其差動(dòng)輸出只在有限角度范圍類(lèi)成線性變化，但由于該類(lèi)旋轉(zhuǎn)變壓器的體積重量小，在航空領(lǐng)域還是有較大的應(yīng)用前景。

轉(zhuǎn)子鐵芯初始位于左、右次級(jí)線圈中間，使兩邊的磁通面積相等，當(dāng)轉(zhuǎn)子向右或向左旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁通面積改變，從而使輸出電動(dòng)勢(shì)也發(fā)生改變，其理論電路模型如下圖：

三、有限角度旋轉(zhuǎn)變壓器的實(shí)例驗(yàn)證

根據(jù)上述分析，該類(lèi)旋轉(zhuǎn)變壓器項(xiàng)目進(jìn)行了加工驗(yàn)證，其具體參數(shù)如下：

四、總結(jié)

隨著航空業(yè)的快速發(fā)展，位置閉環(huán)被越來(lái)越多的應(yīng)用到飛機(jī)各個(gè)系統(tǒng)中，對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積重量大、精度低，無(wú)法適應(yīng)航空系統(tǒng)高可靠性、高壽命、重量體積小的要求。本文介紹了一種有限角度旋轉(zhuǎn)變壓器的基本結(jié)構(gòu)，并將其運(yùn)用到實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，成功設(shè)計(jì)出一款旋轉(zhuǎn)變壓器，其輸出參數(shù)均達(dá)到了預(yù)期值并用于工程實(shí)例中。

余文容（1982.09--）;性別：女，籍貫：湖南省常寧市，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于湖南工程學(xué)院;現(xiàn)有職稱(chēng)：高級(jí)工程師;研究方向：電機(jī)設(shè)計(jì)與制造;