一种有限角度差动旋转变压器的结构设计

摘要：指出了传统旋转变压器结构复杂、工艺要求高、对环境要求高、使用寿命短、测量精度低等不足，并详细介绍了一种有限角度差动旋转变压器的结构及原理，并将其运用到工程实例中，成功研制出旋转变压器，其在90度范围内差动输出精度实现±1%

关键字：旋转变压器;变面积式;差动

随着航空工业的快速发展，主機对机载成品提出位置信号闭环的要求，即产品工作至任一位置均能给上位控制系统进行反馈，同时控制系统也能控制成品工作至任一位置。传统的极限位置信号反馈系统已经不能满足需求，越来越多的位置传感器被应用到该领域中。旋转变压器是一种角度位置传感器，通过输出电压的变化来反馈位置信号。传统的旋转变压器结构复杂，加工工艺要求高，在很多场合无法进行小型化设计，同时因为大量采用漆包铜绕组，其体积重量大且价格高。为满足航空机载成品的需求，一种新的角位移传感装置需要被研制出来。该位置传感器需满足体积重量小、寿命长、可靠性高、精度高等要求。

一、旋转变压器简述

旋转变压器通常作为角度位置传感元件。当旋转变压器的一侧施加交流电压，另一侧输出与转子转角或位移成某种函数关系的电压。在控制系统中，它可以作为解算元件，主要用于坐标变换、三角运算等;也可用于随动系统中，作为传输与转角响应的电信号;还可以用作移相器作为角度-数字转换装置。

旋转变压器的类型很多，按极对数分，可以分为单对极和多对极两种;按结构形式分，可以分为分装式和组装式;按输出电压与转子转角的函数关系，可以分为正余弦旋转变压器、线性旋转变压器和特殊函数旋转变压器;按接触方式，可分为接触式旋转变压器和无接触式旋转变压器;按使用不同，可分为解算式旋转变压器和数据传输式旋转变压器。作为数据传输用，又可分为旋变变压器，旋变发送机、差动式旋变以及感应移相器等。

传统的接触式旋转变压器类似同步电机，其定子上绕有激磁线圈，转子部件类似电枢，在不同的电枢槽嵌有不同匝数的线圈，随着转子的旋转，通过电磁耦合，电枢线圈中产生的感应电动势发生变化，并通过整流子输出，从而实现角度位置的反馈（如图1a）

传统无接触式旋转变压器是在接触式旋转变压器的基础上，增加了一个附加变压器，此变压器的原、副边绕组分别安装在旋转变压器的转子和定子上，其中原边绕组与旋转变压器的转子绕组串联;因此，旋转变压器转子旋转时，转子线圈中的电流进入附加变压器的原边绕组，经过电磁耦合，附加变压器的副边绕组输出电动势，其电动势的值随着转子转动而变化，从而实现角度位置的反馈（如图1b）。

二、一种航空用有限角度差动旋转变压器的介绍

该种旋转变压器将原、副边绕组均安装在定子上，转子由导磁材料制成，转子上加工一个槽，定子原边绕组通电，随着转子的旋转，改变电磁耦合的面积，使副边绕组的感应电动势改变，从而实现角度位置的反馈（如图2）;

该种旋转变压器转子没有绕线，且定子的绕线也相对简单，其工艺性较好，虽然其差动输出只在有限角度范围类成线性变化，但由于该类旋转变压器的体积重量小，在航空领域还是有较大的应用前景。

转子铁芯初始位于左、右次级线圈中间，使两边的磁通面积相等，当转子向右或向左旋转时，磁通面积改变，从而使输出电动势也发生改变，其理论电路模型如下图：

三、有限角度旋转变压器的实例验证

根据上述分析，该类旋转变压器项目进行了加工验证，其具体参数如下：

四、总结

随着航空业的快速发展，位置闭环被越来越多的应用到飞机各个系统中，对旋转变压器的要求也越来越高。传统的旋转变压器结构复杂、体积重量大、精度低，无法适应航空系统高可靠性、高寿命、重量体积小的要求。本文介绍了一种有限角度旋转变压器的基本结构，并将其运用到实际产品的设计中，成功设计出一款旋转变压器，其输出参数均达到了预期值并用于工程实例中。

余文容（1982.09--）;性别：女，籍贯：湖南省常宁市，学历：本科，毕业于湖南工程学院;现有职称：高级工程师;研究方向：电机设计与制造;