发布于 10-29 08:40:39
电动汽车上的驱动电机现多为永磁同步电动机，这其中“位置传感器”的作用重大，它通常被用于检测电机转子旋转的瞬间准确位置，涉及到驱动电机的供电系统。电动车上只有直流电源，驱动电机使用的却是三相交流电，中间需要用一个“变频器”将动力电池的高压直流电转变成三相交流电向同步电机供电，以适应车辆驱动的不同需要。
其中变频器是由车辆驱动系统的ECU控制的，通过对6个IGBT场效应管的门控驱动电路、控制三相交流电的频率及次序来改变驱动电机的转速和转向，所以变频器的门控电路是变频器的核心。其中输入ECU的多种信号中，负责精准检测驱动电机转子的旋转位置的信号十分重要，而在当前的驱动电机中，常采用“磁阻式旋转变压器”作为位置传感器。
电机转子位置传感器常被称作旋转变压器或同步分解器，它是一种电磁式传感器，汽修行业里的人常常称它为“旋变”。旋转变压器实际上是一种特殊的小型交流电机，可用来精确检测电机转子的角位移和角速度。它由定子和转子组成，其定子由高性能硅钢片叠成，其上有绕组作为变压器的原边接受励磁电压，转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合在副边线圈上产生感应电压。
01普通变压器与旋转变压器的区别普通变压器的原边和副边的线圈是相对固定的，中间有铁芯进行电磁交变，所以输出与输入的电压比是不变值。旋转变压器的原边绕组不动，副边绕组随转子旋转，当转子的转角位置改变时，其副边绕组输出电压的大小会随转子角位移而发生变化，若输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦或余弦的函数关系、保持某比例关系或与转角成线性关系就构成三种不同类型的旋转变压器。
02磁阻式旋转变压器的特点
电动车的驱动电机上多使用磁阻式旋转变压器，它是旋转变压器的一种特殊形式，利用磁阻原理来实现电信号间的转换。它的特点是原边与副边的绕组都放在电机定子的不同槽内，且均固定不旋转。原边绕组属励磁绕组通入正弦形的激磁电流，而副边是由两相线圈产生输出信号，磁阻式旋转变压器示意图如图2所示。
旋变定子和转子的铁芯由铁镍软磁合金或冲有槽孔的硅钢片叠成。转子不用永磁材料制成，它是由驱动同步电机的永磁转子同轴带动旋转的。转子在旋转时通过磁阻原理在副边的两相绕组上分别感应出正弦及余弦电压信号，故称为正弦绕组和余弦绕组，产生彼此相差90°的电角度信号。
磁阻式旋转变压器的转子采取多极形状，磁极的外形应符合能感应正弦信号的特殊要求，因此磁场气隙应近似于正弦波的形状，如图3所示。利用气隙和磁阻的变化使输出绕组的感应电压会随机械转角作相应正弦或余弦的变化，同时转子必须满足多磁极的要求，旋转变压器的定子与转子的磁极数是不相同的，定子磁极数比转子的多。
03磁阻式旋转变压器的三个绕组磁阻式旋转变压器有三个绕组，包括有一个激励线圈、两个正交的感应线圈等三组线圈，对外共有6条引线。激励线圈接受输入的正弦型激励电流，激磁频率通常有400Hz、3000Hz及5000Hz等多种。
正交的两个感应线圈，依据旋变的转子、定子的相互位置关系，调制出具有sin正弦和cos余弦包络的检测信号。如果激励信号是sinωt，转子与定子间的角度为θ，则正弦信号为sinωt×sinθ，而余弦信号则为sinωt×cosθ。根据sin、cos信号和原始的激励信号，通过必要的检测和比较电路即可高分辨率地检测出转子位置。
04磁阻式旋转变压器的结构原理
磁阻式旋变的三个线圈如图4所示，其中转子齿为4个，定子齿画出5个。激磁线圈、正弦线圈和余弦线圈均安置在定子槽内，输入的激磁绕组1-1是逐个磁极反向串接，而正弦线圈2-2及余弦3-3，则是以两个磁极为间隔，反向串接的输出绕组。
当转子相对定子旋转时，定子、转子间气隙的磁导发生变化，每转过一个转子齿距，气隙的磁导变化一个周期。
当转子转过一圈时，则变化出与转子齿相同的数个周期。气隙磁导的变化导致输入和输出绕组之间互感的变化，输出绕组感应的电势也随之发生变化。输出绕组按正弦及余弦规律变化来判断转子的瞬间位置以及旋转的方向。
磁阻式旋转变压器结构简单、占用空间尺寸极小，且励磁绕组、正弦绕组和余弦绕组均固装在定子上，上图所示为正弦绕组与余弦绕组的接线示意图。它还采取无刷式结构，大大提高了系统的可靠性，其检测角位移精度极高，甚至可精确到“秒”，此外磁阻式旋转变压器的抗干扰能力较好，更适合车辆对电机驱动的多种要求。
