旋轉變壓器
關注創建者：我愛吃西瓜 創建時間：2020-11-17
旋轉變壓器的視頻教程
特斯拉Tesla Model 3電控系統介紹，電池/三相逆變、電機、IGBT與碳化硅MOS驅動系
旋轉變壓器（resolver/transformer）是一種電磁式傳感器，又稱同步分解器。它是一種測量角度用的小型交流電動機，用來測量旋轉物體的轉軸角位移和角速度，由定子和轉子組成。Model 3電機控制器是第一款采用全SiC功率模塊的電機控制器，據一些國外的土豪拆解分析，SiC功率器件采用的是ST公司的GK026，驅動芯片采用的是ST的STGAP1AS，母線電壓采樣ACPL-C87(A)BT
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旋轉變壓器的實例教程
電刷維護和錯誤，石墨電刷會產生灰塵，若灰塵與機油混合，機油和灰塵會附著在滑環上，導致電氣短路
電刷噪聲
齒隙或鍵不平衡——軸通常是鍵控的，會導致不平衡
03
圓軸——旋轉變壓器
旋轉變壓器從機械角度類似于滑環傳感器。但考慮電氣方面，采用旋轉變壓器代替滑環和電刷。一個變壓器用于激勵扭矩傳感器，另一個變壓器用于取回數據。
優點：
非接觸式數據傳輸——由于此類扭矩傳感器是非接觸式的，不受滑環和電刷的限制，通常可以更高的轉速旋轉
低慣性——因其為圓軸、鍵軸，而此類軸通常慣性較低
扭矩容量范圍小，費用合理——可在低至1牛米或以下的小容量范圍內生產
安裝選項——此類傳感器采用地腳安裝或非地腳安裝，以防必須更改傳動系統的臨界轉速
相比滑環具有更高的額定轉速
缺點：
必須使用交流勵磁源
降低響應時間——預計可達到約300Hz的頻率響應
剛度
轉速限制——軸承限制轉速。
展開 旋轉變壓器的轉子鐵芯與安裝時一樣，仍在發電電機轉子軸附近，由于有6個突起部位，因此可以看出它是用于6極對＝12極電機。此外，轉子具有看起來是減重孔的12個孔，似乎是在由2個孔和轉子外周表面圍繞的空間中設置有12個磁極。
由于轉子未進行拆解，因此不了解磁路的細節，但電機扭矩特性提高了54%，采用了晶粒細化/晶界相增加的新型磁鐵，方法與i-MMD類似，每極使用3枚磁鐵，安裝的尺寸也進行了更改。
如果仔細觀察轉子的外周表面，會發現電磁鋼板的鐵芯表面有輕微凹陷，但在i-MMD和其他公司的電機上也會看到這種凹陷，這是為了減少導致聲音振動性能下降的扭矩紋波。
驅動電機的轉子
發電電機(發電機)的轉子
驅動電機和發電電機使用了相同的旋轉變壓器，不帶線束，采用連接器進行連接。供應商很可能是美蓓亞三美(MinebeaMitsumi)。
旋轉變壓器的定子
展開 二、旋變解碼研究
對于電機矢量控制而言，往往需要獲取電機的轉子位置角度，角度的測量常用的方法有磁性編碼器、光電碼盤、電渦流傳感器和旋轉變壓器等。其中，磁編碼器是基于磁阻效應或霍爾效應的軸角傳感器，輸出信號是基于轉子位置的正余弦函數，其結構簡單魯棒性強，不受潮濕環境影響，但受高溫和氣隙限制；光電碼盤體積小，分辨率高，抗電磁干擾能力強，但轉速受限，最高可測轉速在 3000rpm 左右；電渦流傳感器靈敏度高，響應速度快，受環境影響較小，但其精度有限；旋轉變壓器可靠性高，不同環境適應能力強，不受溫度和振動等因素影響，因此廣泛應用于電梯、雷達、機載儀器等伺服系統和工業自動化領域。
旋轉變壓器輸出一組包含轉子位置信息的正余弦信號，需要對此信號進行適當的處理，才能得到相應的轉子位置。對于旋轉變壓器輸出模擬信號的處理可以由專用的集成電路將其轉換為數字信號，即 RDC電路，又稱為旋變解碼芯片，目前常見的有美國 AD公司的 AD2S（AD2S1210）系列芯片以及日本多摩川公司的 AU6802系列芯片，它們可以產生激勵信號發送給旋變的激勵繞組，然后將返回繞組的模擬信號處理得到轉子位置信號，以編碼器或 SPI 等形式輸出。除此之外，還有一種方法是利用 DSP和外圍調理電路產生激勵信號并對旋變輸出的信號進行調制、濾波等處理以及角度辨識算法得到轉子位置信號。采用 DSP 對角度信號處理省去了專用的解碼芯片，極大地降低了開發成本。
常見的角度辨識算法有反三角函數法、標定查表法、基于鎖相環的角度跟蹤觀測器法。
展開 旋變解碼研究
對于電機矢量控制而言，往往需要獲取電機的轉子位置角度，角度的測量常用的方法有磁性編碼器、光電碼盤、電渦流傳感器和旋轉變壓器等。其中，磁編碼器是基于磁阻效應或霍爾效應的軸角傳感器，輸出信號是基于轉子位置的正余弦函數，其結構簡單魯棒性強，不受潮濕環境影響，但受高溫和氣隙限制；光電碼盤體積小，分辨率高，抗電磁干擾能力強，但轉速受限，最高可測轉速在 3000rpm 左右；電渦流傳感器靈敏度高，響應速度快，受環境影響較小，但其精度有限；旋轉變壓器可靠性高，不同環境適應能力強，不受溫度和振動等因素影響，因此廣泛應用于電梯、雷達、機載儀器等伺服系統和工業自動化領域。旋轉變壓器輸出一組包含轉子位置信息的正余弦信號，需要對此信號進行適當的處理，才能得到相應的轉子位置。對于旋轉變壓器輸出模擬信號的處理可以由專用的集成電路將其轉換為數字信號，即 RDC電路，又稱為旋變解碼芯片，目前常見的有美國 AD公司的 AD2S（AD2S1210）系列芯片以及日本多摩川公司的 AU6802系列芯片，它們可以產生激勵信號發送給旋變的激勵繞組，然后將返回繞組的模擬信號處理得到轉子位置信號，以編碼器或 SPI 等形式輸出。除此之外，還有一種方法是利用 DSP和外圍調理電路產生激勵信號并對旋變輸出的信號進行調制、濾波等處理以及角度辨識算法得到轉子位置信號。采用 DSP 對角度信號處理省去了專用的解碼芯片，極大地降低了開發成本。常見的角度辨識算法有反三角函數法、標定查表法、基于鎖相環的角度跟蹤觀測器法。
展開 疊片邊緣需要有足夠的強度，以保證轉子不在離心力（centrifugal）作用下解體
旋轉變壓器
旋轉變壓器（Resolver） 用于檢測轉子相對于定子的位置及其旋轉速度，Lucid旋變的旋轉部分軸（shaft）合為一體。
旋變旋轉部分被集成在軸體上，3瓣式（three lobes）設計
旋變本體定子
旋變本體全貌
轉子對比
美國品牌的轉子被一層碳纖維包裹，主要是為了增強機械強度，用來對抗離心力，使磁鐵穩定在定子中。碳纖維包裹的存在雖然通過刪除連接處（steel bridge）的方式（增強隔磁橋flux barrier）增強了磁場，但也增加了氣隙，最終減小了轉矩。實際上，碳纖包裹是賽車設計中借鑒而來，已存在多年。而Lucid通過巧妙的設計，做到了很好的工程權衡（engineering trade-off）——為了產生較大轉矩，磁鐵應該離定子盡可能近；而為了保證機械強度的同時不使用碳纖維，連接處應該盡可能厚。
綜合對比
無論是功率還是功率密度，Lucid的電機都優勢明顯。
驅動單元總體
電機、逆變器、齒輪箱三合一。Lucid的驅動單元全部自研，并且其生產由Lucid在亞利桑那的工廠完成。
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