好的，旋转变压器的工作原理可以用一句话概括：它是利用了电磁感应的变压器原理，通过特殊的结构设计，将机械轴的旋转角度变化转换成电信号输出（通常是两个正弦/余弦信号包络），进而可以精确计算出旋转角度和转速。

以下是详细的工作原理分解：

1. 基本结构与核心元件：

   • 转子： 安装在被测机械轴上，随轴一起旋转。转子通常设计成凸极（不对称、呈一定角度分布）的形状，或者是具有特殊缠绕方式的线圈（称为励磁绕组或一次绕组）。转子的主要作用是耦合磁通或接收励磁信号，并在旋转时改变定转子之间的磁耦合关系。
   • 定子： 静止不动的部分。定子上有两套在空间上严格相互垂直（成90°电角度）的线圈，称为：
     • 正弦绕组
     • 余弦绕组 这两套绕组是旋变的输出绕组（或称二次绕组）。它们被精心设计，使得当转子旋转时，它们感应到的电压幅度分别按正弦和余弦规律变化。

2. 核心工作原理 - 变压器作用 + 角度调制：

   • 励磁阶段： 向旋变的励磁绕组（通常位于转子上，由滑环供电，或者更常见的是位于定子上，转子作为耦合器）施加一个高频的交流参考信号（正弦波）。这个信号称为励磁信号（Vₑ = Vₘₐₓ sin ωt）。
   • 磁通耦合变化： 当转子旋转时，由于其特殊的凸极结构（或励磁绕组位置变化），它与定子上的正弦绕组和余弦绕组之间的磁路磁阻或耦合系数（K_s 和 K_c）会周期性地变化。这个变化与转子的机械旋转角度 θ 严格相关。
   • 感应输出信号：
     • 根据法拉第电磁感应定律（变压器原理），励磁磁通在定子绕组中感应出电动势（电压）。
     • 由于耦合系数随角度 θ 变化，所以感应电压的幅度就被转子角度 θ 所调制。
     • 正弦绕组输出： Vs = K_s * Vₑ = K * sin θ * Vₘₐₓ sin ωt （假设耦合比例系数为 K）
     • 余弦绕组输出： Vc = K_c * Vₑ = K * cos θ * Vₘₐₓ sin ωt
   • 输出信号形式： 最终输出的 Vs 和 Vc 是交流信号（频率与励磁信号相同），其幅度（包络线）分别正比于 sin θ 和 cos θ。我们可以将输出重写为：
     • Vs = K * Vₘₐₓ * sin θ * sin ωt
     • Vc = K * Vₘₐₓ * cos θ * sin ωt

3. 角度信息的提取： 旋转变压器输出的 Vs 和 Vc 信号就是两个被角度信息调制的载波信号（载波频率为 ω）。要获取实际的转子角度 θ，需要经过一个叫做RDC的电路或模块：

   • RDC：旋变数字转换器。它的核心功能是：
     • 接收正弦输出 Vs 和余弦输出 Vc。
     • 接收原始的励磁参考信号 Vₑ。
     • 解调 Vs 和 Vc，提取出包络（K * Vₘₐₓ * sin θ 和 K * Vₘₐₓ * cos θ）。
     • 利用三角函数关系 (θ = arctan(sin θ / cos θ)) 计算出瞬时角度值 θ。
     • 输出 θ 的数字表示（如绝对位置或增量脉冲）。

4. 关键原理总结：

   • 变压器基础： 基于一次绕组（励磁）与二次绕组（输出）之间的电磁感应。
   • 空间正交： 特殊设计的正交绕组使得两个输出信号在空间分布上相差90°电角度。
   • 角度调制： 旋转的转子（或耦合器）改变了励磁磁场在定子正交绕组中的分布，将转子机械角度 θ 信息“调制”到了感应输出信号的幅度包络上。
   • 解调计算： 通过解调包络并计算反三角函数 (arctan)，即可还原出精确的角度值 θ。

旋转变压器的优点（为何用这个原理）

• 结构坚固可靠： 无光学部件，抗冲击、振动、灰尘、油污。
• 耐极端环境： 能适应高温、低温、辐射等恶劣工况（尤其在航空、航天、军事）。
• 长期稳定性好： 不易磨损，精度保持性好。
• 抗电磁干扰能力强： 通常为模拟信号，不易被强电磁场干扰。
• 精度高： 单速旋变可达弧分级，多速旋变（双通道）可更高。
• 本质绝对式： 理论上可在电源接通瞬间确定角度（虽然单速旋变在一个电气周期内有多值性，但通过多速组合可以解决）。

典型应用

广泛应用于需要高精度、高可靠性旋转角度和速度检测的场合：

• 伺服电机、无刷直流电机的位置和速度反馈（机器人关节、CNC机床、自动化设备）
• 航空航天（飞机舵面、引擎控制系统、陀螺仪）
• 军事（雷达、火炮瞄准系统）
• 工业自动化（起重机倾角、精密转台）
• 医疗设备（CT扫描仪旋转部分）

简而言之：旋转变压器相当于一个“机械角度-模拟电信号”的转换器，其核心是通过电磁耦合系数的角度相关变化，将励磁信号调制出正余弦包络，再通过解调和计算获得精确角度。