无可比拟的高可靠性，旋转变压器助力电机高能效发展

电子发烧友网报道（文/李宁远）在电机中，为了实现完整的闭环控制，位置传感向来是必不可少的。位置传感的精确度很大程度上影响了电机整体控制的优劣。这一类器件里有很多不同原理不同特性的传感，光电编码、霍尔传感等等，旋转变压器也是其中一种。
 
逐渐通用的旋转变压器
 
从机械设备角度来看，旋转变压器由静止的定子和可移动的转子构成，这一构成和电机十分相似。定子分布激磁绕组、正余弦反馈绕组，转子由硅钢片叠压而成，会随电机运动的角度变化。从电气角度来看则是由为转子供电的变压器和用于测定角度的辅助变压器构成。其输出电压与转子角度会保持一定函数关系。
 
基于这种保持一定函数关系的特性，早期的旋转变压器多用在计算解答装置中，在模拟计算中作为解算元件处理一些函数运算。而且这个时期，旋转变压器信号处理电路十分复杂，使用难度和成本都偏高，只有极少数应用会选用旋转变压器。
 
随着电子电路的不断发展，信号处理能力经历了越阶式的发展，同时随着电子电路整体集成化的提高，成本的下降，旋转变压器的信号处理不再那么复杂，成本不再是限制，性价比大幅提升。
 
旋转变压器最大的特点，就是可靠性极高。有经过特殊电磁设计的高性能硅钢片在整体结构上的加持，它有着其他传感器很难达到的可靠性，强大的耐热、耐寒、耐油污、耐腐蚀、抗振以及抗冲击性能让旋转变压器一开始就在工况恶劣的应用中占据重要地位。
 
可靠性高的旋转变压器，此前多用在军工和航空航天领域。随着解码技术的进步以及下游民用需求的快速增长，旋转变压器的应用不断拓展，现在已经在工业伺服和新能源汽车等领域开始被广泛使用。
 
在工业环境中旋转变压器的信号输出可以不受振动粉尘油污的影响，配置额外的电子装置进行信号处理和记录旋转的圈数提供单圈的绝对位置。比如很多工业机器人的伺服电机上就会配备旋转变压器。
 
新能源汽车的工况同样恶劣，旋转变压器能很好地适应新能源汽车多变的恶劣工况，在新的电驱系统中，旋转变压器的使用有利于提高驱动系统效率，进而降低电机的整体能耗。家电领域如洗衣机、冰箱、空调等设备现在旋转变压器的应用也越来越多。
 
旋转变压器的应用取舍与未来发展
 
和电机匹配的位置传感器种类各式各样，都有各自的特点。绝大多数应用里可能编码器才是设计人员的第一选择，电机和编码器的搭配十分经典。
 
在旋转变压器和编码器的取舍中，其实本质上还是取决于具体的应用场合对传感的需求。工作的环境条件和系统控制电子装置对传感的需求是以高精方便为主，还是更看重可靠稳定。旋转变压器在恶劣复杂工况里的适用性其他传感器无法比拟，但可以实现的最高精度与编码器相比的确也差了一些。
 
采用四极绕组结构的旋转变压器精度会高一些，极对数越高，旋转变压器的机械精度越高，在对旋转变压器信号进行数字转换后，会获得更高的分辨率。但是理论可以达到的最高精度还是和编码器有距离。
 
另一点是编码器能提供直接的数字输出信号，而旋转变压器提供的是模拟输出信号，因此需要配置额外的电子装置进行信号处理，对旋转变压器的输出进行轴角－数字转换。配置过程会复杂一些。
 
但是这些目前还存在的限制并没有阻碍工业伺服和新能源汽车中很多应用选择旋转变压器，在极端环境条件下能提供稳定的位置输出，对可靠性要求高的场合仍旧十分青睐这样的旋转变压器。
 
为了适应更多应用场景，旋转变压器也在不断提升性能上的上限。精度自然是要提高的，新的电磁设计、新的补偿手段和新的工艺都在不断提升旋变的精度。而高转速是未来重要的发展方向，配合电机在高转速下保持稳定的输出性能。
 
小结
 
依靠高可靠性，旋转变压器现在已经在工业、汽车、家电领域渗透到了很多应用中。在高能效电机发展的趋势下，旋转变压器也在不断往轻量化、集成化方向发展，为高能效电机发展提供助力。