旋转变压器（Resolver）是一种模拟式角度传感器，广泛应用于高精度位置和速度检测（如伺服系统、航空航天、机器人等）。其结构和工作原理基于电磁感应，具有高可靠性、抗干扰能力强等特点。以下是详细解析：
一、旋转变压器的结构
旋转变压器主要由定子和转子两部分组成，类似于电机的结构，但专为角度测量设计：
- 定子（Stator）
- 固定在壳体上，通常由硅钢片叠压制成，槽内嵌有绕组。
- 包含两组在空间上正交（相差90°）的线圈：正弦绕组（Sin）和余弦绕组（Cos）。
- 定子绕组通过高频交流电（通常为几千Hz至几十kHz）激励。
- 转子（Rotor）
- 旋转部分，与电机轴或被测机构连接。
- 转子绕组分为两种类型：
- 单绕组转子：通过滑环或无线耦合（无刷设计）输出信号。
- 双绕组转子：无需滑环，但需外部激励（较少见）。
- 转子的旋转会调制定子绕组的电磁耦合，输出与角度相关的信号。
- 无刷设计（常见于现代应用）
- 通过变压器耦合代替滑环，提高寿命和可靠性。
- 额外增加一个“旋转变压器”作为励磁耦合器，避免物理接触。
二、工作原理
旋转变压器基于变压器原理，通过电磁耦合将转子角度信息编码到输出信号中：
- 励磁信号
- 定子（或转子）的励磁绕组输入高频正弦交流电（例如 Vex=Asin(ωt)）。
- 典型频率：1kHz~10kHz，幅值几伏至几十伏。
- 信号调制
- 角度解算
- 通过测量 Vsin 和 Vcos 的幅值比例，可计算出角度 θ：
θ=arctan(VcosVsin)
- 实际应用中需使用专用解算芯片（RDC）或数字信号处理（DSP）将模拟信号转换为数字角度。
三、关键特点
- 高精度：可达±5角分（0.08°），无累积误差。
- 抗干扰：模拟信号对电磁噪声不敏感，适合恶劣环境。
- 无接触：无刷设计免维护，寿命长。
- 多极对设计：通过增加极对数可提高分辨率（如1对极=360°范围，多对极=360°/n）。
四、应用场景
- 伺服电机：替代光电编码器，用于工业机器人、数控机床。
- 航空航天：飞机舵面控制、惯性导航系统。
- 新能源汽车：电机转子位置检测。
五、与光电编码器的对比
| 特性 | 旋转变压器 | 光电编码器 |
|---|
| 精度 | 高（无累积误差） | （依赖码盘分辨率） |
| 环境适应性 | 耐高温、振动、油污 | 怕灰尘、振动 |
| 成本 | 中等 | 高（高分辨率型号） |
| 信号类型 | 模拟信号（需解算） | 数字信号（直接输出） |
