多摩川精机株式会社旋转变压器的介绍共40页文档
多摩川旋变介绍
旋转变压器原理及其在自动控制中的应用摘要：介绍旋转变压器（简称旋变）分类、结构特点、工作原理和解码方法，以及在各行各业中的应用，还有与其相关的工业设备（SMARTCAM）的应用特点。
关键词：旋转变压器，SMARTCODER，SMARTCAM旋转变压器简称旋变是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。
当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。
它主要用于坐标变换、三角运算和角度数据传输，也可以作为两相移相器用在角度--数字转换装置中。
按输出电压与转子转角间的函数关系，主要分三大类旋转变压器：1.正--余弦旋转变压器----其输出电压与转子转角的函数关系成正弦或余弦函数关系。
2.线性旋转变压器----其输出电压与转子转角成线性函数关系。
线性旋转变压器按转子结构又分成隐极式和凸极式两种。
3.比例式旋转变压器----其输出电压与转角成比例关系。
结构说明由于我公司只销售日本多摩川公司的正余弦旋转变压器，所以在此介绍的旋转变压器皆为正余弦型的。
旋变由转子和定子绕组构成，并且两者相互独立，初级和次极线圈都绕在定子上，转子由两组相差90度线圈组成，采用无刷设计，如图1所示。
转子绕组定子绕组图1图2是旋转变压器电气示意图。
ER1-R2励磁电压V eES2-S4图2旋变的输入输出电压之间的具体函数关系如下所示：设转子转动角度为θ，初级线圈电压（即励磁电压）: ER1-R2=E*Sin2πftf:励磁频率，E：信号幅度那么输出电压ES1-S3=K*E*Sin2πft*Cosθ; ES2-S4=K*E*Sin2πft*SinθK：传输比，θ：转子偏离原点的角度令θ=ωt，即转子做匀速运动，那么其输出信号的函数曲线可表示为图3所示，图中信号频率为f，即励磁信号频率，最大幅度为E，包络信号为Sinωt和Cosωt，解码器就是通过检测这两组输出信号获取旋变位置信息的。
旋转变压器基础知识
旋转变压器基础知识旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。
当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。
它主要用于坐标变换、三角运算和角度数据传输，也可以作为两相移相器用在角度--数字转换装置中。
按输出电压与转子转角间的函数关系，我所目前主要生产以下三大类旋转变压器：1. 正--余弦旋转变压器（XZ ）----其输出电压与转子转角的函数关系成正弦或余弦函数关系。
2. 线性旋转变压器（XX ）、（XDX ）----其输出电压与转子转角成线性函数关系。
线性旋转变压器按转子结构又分成隐极式和凸极式两种，前者（XX ）实际上也是正--余弦旋转变压器，不同的是采用了特定的变比和接线方式。
后者（XDX ）称单绕组线性旋转变压器。
3. 比例式旋转变压器（XL ）----其输出电压与转角成比例关系。
二、旋转变压器的工作原理由于旋转变压器在结构上保证了其定子和转子(旋转一周)之间空气间隙内磁通分布符合正弦规律，因此，当激磁电压加到定子绕组时，通过电磁耦合，转子绕组便产生感应电势。
图4－3为两极旋转变压器电气工作原理图。
图中Z 为阻抗。
设加在定子绕组的激磁电压为sin ω=- Sm V V t （4—1）图 4-3 两极旋转变压器根据电磁学原理，转子绕组12B B 中的感应电势则为sin sin sin θθω== （4－2）B s m V KV KV t （4—2）式中K ——旋转变压器的变化；—的幅值m s V V ；θ——转子的转角，当转子和定子的磁轴垂直时，θ=0。
如果转子安装在机床丝杠上，定子安装在机床底座上，则θ角代表的是丝杠转过的角度，它间接反映了机床工作台的位移。
由式(4－2)可知，转子绕组中的感应电势B V 为以角速度ω随时间t变化的交变电压信号。
其幅值sin θm KV 随转子和定子的相对角位移θ以正弦函数变化。
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多摩川精机株式会社旋转变压器的介 绍
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6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
多摩川旋转变压器
(Built-in type) Cover
Motor shaft Adhesion
PRINCIPLE
Resolver is a rotary transformer, which outputs AC voltage in accordance with angular position of the shaft.There are two types of resolvers, BRX and BRT, having different types of winding. BRX resolver is excited by AC voltage to the rotor winding, and outputs from the stator windings sine and cosine voltages proportion to the rotation angle θ. BRT resolver is excited by sine and cosine voltages to the stator windings, and outputs from the rotor winding a sine voltage phase-shifted in proportion to θ. The difference is illustrated as follows.
Conception Makes Technology Fun Catalogue No.T12-1421N5
BRUSHLESS RESOLVERS
BUILT-IN RESOLVERS SHAFT RESOLVERS HOLLOW SHAFT RESOLVERS
BRUSHLESS RESOLVERS
多摩川精机株式会社旋转变压器的介绍
旋变（Ｓｍａｒｔｓｙｎ）的外观
内置型旋变的安装
• 内置型无刷旋变，已经组成了电机，所以不需要轴。
• ［内置型旋变］是多摩川精机旋变系列的一种。Ｓｍａｒｔｓｙｎ是ＦＡ 界的使用主流产品。其中，内置型占Ｓｍａｒｔｓｙｎ一半以上。
旋变（ＢＲＴ）的原理（１/２）
• 和无刷旋变（ＢＲＸ）的方式不同，称为ＢＲＴ。
1X 2X 3X 4X 5X 6X
（注） 轴倍角(X数) ：输出电气角对应的输入机械角的倍数 ○ ：已生产或已开发完成 △ ： 可以开发 (但是，未开发) ？ ： 已开发
旋变的轴倍角
• 旋变轴倍角的选择也要考虑。旋变在旋转一周，发出１ 个输出信号的场合是［１Ｘ］、发出２个输出信号就是［２ Ｘ］、４个输出信号就是［４Ｘ］，以次类推。。 • 很多场合、轴倍角越多，角度检测分辨率越高。
1侧铁芯和2侧铁芯的相对位置关系为180 °的状态。
旋变（ＢＲＸ）的原理（７/１０）
• 以上说明的各位置，替换如下： 1侧铁芯 1侧绕阻 2侧铁芯 2侧绕阻 → → → → 转子铁芯 转子绕阻 定子铁芯 定子绕阻
• 转子铁芯是和旋变轴同步旋转。定 子铁芯是被固定在旋变的机壳内， 不发生转动。 • 根据旋变输出电压原理，来感应轴 转角的变化。
• • • 我们把1相励磁/2相输入的无刷旋变以BRX来表示。 因BRX的输出信号振幅变化的，所以称为振幅变调型旋变。 BRX是用读取2相输出电压振幅的变化来检测角度的。2相输出电压振幅变化 的电压方程式如下：
旋变（ＢＲＸ）的电压方程式（红框内）
旋变输出电压变化的波形
励磁电压 ER1-R2
输出电压 ES1-S3
Ｒ/Ｄ变换器的原理
• • 根据Ｒ／Ｄ变换器的代表方式，分为跟踪式和相位检测式。 跟踪式是和振幅变调型旋变（ＢＲＸ、ＶＲＸ）一起使用的。
多摩川产品资料说明
陀螺仪：可应用于航空、航天、航海、兵器、汽车、生物医学、环境监控等领域。
1、体积小、重量轻。
适合于对安装空间和重量要求苛刻的场合，例如弹载测量等。
2、低成本。
3、高可靠性。
内部无转动部件，全固态装置，抗大过载冲击，工作寿命长。
4、低功耗。
5、大量程。
适于高转速大g值的场合。
6、易于数字化、智能化。
可数字输出，温度补偿，零位校正等。
测速发电机：输出电动势与转速成比例的微特电机。
测速发电机的绕组和磁路经精确设计，其输出电动势E和转速n成线性关系，即E=Kn,K是常数。
改变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。
在被测机构与测速发电机同轴联接时，只要检测出输出电动势，就能获得被测机构的转速，故又称速度传感器。
测速发电机广泛用于各种速度或位置控制系统。
在自动控制系统中作为检测速度的元件，以调节电动机转速或通过反馈来提高系统稳定性和精度；在解算装置中可作为微分、积分元件，也可作为加速或延迟信号用或用来测量各种运动机械在摆动或转动以及直线运动时的速度。
电子凸轮：利用角度位置传感器来模拟机械凸轮各控制点的角度范围，并能独立输出各自的控制信号，此种设备称为电子凸轮，包含“机械凸轮＋微动开关”的基本功能。
•可以输出多路控制开关量（ON/OFF)，且每路都可以独立预设起始、终止角度。
•可以动态检测和显示实际运行角度，对设备运行和再调整实时检测。
•可以随时修改预设角度，且每一路均有LED状态指示，“开态”点亮，“关态”熄灭。
•各路输出信号在电气上相互隔离，抗干扰能力强，可靠性高。
•动作精度可达到1°typical轨迹球：外型尺寸：1、1.4、2、3英寸输出方式：PS2、USB、方波、脉冲输出轨迹球外观：透明（七色光可选）、白色、黑色本产品有发光技术及三轴两项技术专利，产品精度高，寿命长，主要运用于医学行业中的B超、SMP、雷达、舰船等行业，国内市场占有率超过70%。
同步器：同步器有常压式和惯性式。
目前全部同步式变速器上采用的是惯性同步器，它主要由接合套、同步锁环等组成，它的特点是依靠摩擦作用实现同步。
带你深度了解旋转变压器
带你深度了解旋转变压器旋转变压器是一种输出电压与转子转角保持一定函数关系的感应式微电机。
它是一种将角位移转换为电信号的位移传感器，也是能进行坐标换算和函数运算的解算元件。
它由定子和转子组成。
其中定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压，转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。
旋转变压器的历史及发展旋转变压器是目前国内的专业名称，简称“旋变” 。
有人把它称作为“解算器”或“分解器”。
旋转变压器用于运动伺服控制系统中，作为角度位置的传感和测量用。
早期的旋转变压器用于计算解答装置中，作为模拟计算机中的主要组成部分之一。
其输出，是随转子转角作某种函数变化的电气信号，通常是正弦、余弦、线性等。
这些函数是最常见的，也是容易实现的。
在对绕组做专门设计时，也可产生某些特殊函数的电气输出。
但这样的函数只用于特殊的场合，不是通用的。
60年代起，旋转变压器逐渐用于伺服系统，作为角度信号的产生和检测元件。
三线的三相的自整角机，早于四线的两相旋转变压器应用于系统中。
所以作为角度信号传输的旋转变压器，有时被称作四线自整角机。
随着电子技术和数字计算技术的发展，数字式计算机早已代替了模拟式计算机。
所以实际上，旋转变压器目前主要是用于角度位置伺服控制系统中。
由于两相的旋转变压器比自整角机更容易提高精度，所以旋转变压器应用的更广泛。
特别是，在高精度的双通道、双速系统中，广泛应用的多极电气元件，原来采用的是多极自整角机，现在基本上都是采用多极旋转变压器。
早期的旋转变压器，由于信号处理电路比较复杂，价格比较贵的原因，应用受到了限制。
但因为旋转变压器具有无可比拟的可靠性，以及具有足够高的精度，在许多场合有着不可代替的地位，特别是在军事以及航天、航空、航海等方面。
随着电子工业的发展，电子元器件集成化程度的提高，元器件的价格大大下降；另外，信号处理技术的进步，旋转变压器的信号处理电路变得简单、可靠，价格也大大下降。
而且，又出现了软件解码的信号处理，使得信号处理问题变得更加灵活、方便。
《旋转变压器 》课件
旋转变压器的应用领域
汽车工业
用于检测曲轴、凸轮轴位置，以 及车辆四轮定位。
数控机床
用于实现高精度角度控制和位置 检测。
航空航天
用于飞行器的姿态控制和导航系 统。
机器人技术
用于机器人的关节角度检测和运 动控制。
旋转变压器的优缺点
优点
结构简单、可靠性高、耐高温、 抗干扰能力强、测量精度高。
缺点
输出信号为模拟量，需要配合后 续电路进行信号处理；对安装位 置和轴系要求较高，需要专业人 员安装调试。
05
未来旋转变压器的发展趋势
新型旋转变压器的研发
研发高精度、高效率的旋转变压器
随着科技的发展，对旋转变压器的精度和效率要求越来越高，未来将会有更多新 型的旋转变压器被研发出来，以满足各种应用需求。
微型化、集成化旋转变压器
随着微电子技术的发展，微型化和集成化的旋转变压器将成为未来的重要研究方 向，这将有助于减小设备的体积和重量，提高其便携性和可靠性。
02
感应电动势的大小和方向随转子 的位置和极数而变化，从而输出 与转子位置成比例的电压信号。
旋转变压器的控制方式
旋转变压器可以采用模拟控制和数字控制两种方式。
模拟控制方式通过调整励磁电流的大小和方向来控制旋转变压器的输出电压信号。
数字控制方式则通过数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）对旋转变压器进 行数字化控制，实现更高的控制精度和动态性能。
根据故障现象，结合以上方法，逐步排查 故障原因，采取相应的措施进行排除。
旋转变压器的保养建议
01
02
03
定期进行维护保养
建议每年对旋转变压器进 行一次全面的维护保养， 包括清洗、检查、紧固等 。
旋线式旋转变压器简介讲解
1.3 旋转变压器分类
8
电机
静止的电气设备——变压器
直流电机
直流发电机 直流电动机
旋转电机 控制电机
交流电机 旋转变压器 --------------
4.6 电梯上的应用
旋转变压器在电梯上面的应用，主要是用于电机门机以及曳引机上面，主要是作 为位置传感器使用。三菱电梯已把旋变使用于永磁同步门机，上海桑塔斯曳引机 也已经使用旋转变压器作为位置传感器另外我公司生产的旋转变压器比较容易实 现外转子结构，可以使曳引机的结构更加简单、可靠。
4.7 航空航天上的应用
光电编码器在工业控制和自动化领域应用 非常广泛。适用于测量的物理量有：速度； 长度；角度；位置
3.2 光电编码器介绍
零位 外圈 内圈
光电 转换
零位脉冲 A相脉冲 B相脉冲
3.2 光电编码器介绍
编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻 璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性 好，精度高；金属码盘直接以通和不通刻线，不 易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制 ，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级；塑料 码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性 、寿命均要差一些。
1.4 旋转变压器电气参数
12
5）阻抗 和初、次级之间相互角度位置有关，测量时应 该取特定位置，将旋转变压器看成四端变压器网络。
当测量初级参数时，对初级绕组施加电压，当测量次 级参数时，对次级绕组施加电压。
4个阻抗：
开路输入阻抗
开路输出阻抗
短路输入阻抗
短路输出阻抗
旋转变压器
q34 qcos
415
若 B Z 表示绕组磁密代入上式;则
q34 BZcos2
416
最大值为 效值
q
3
4
的磁通在Z3 Z4 统组中所产生的感应电势也是个变压器电势;其有
q 3 44 .4 4fW c q 3 4 zco s2
417
可见旋转变压器正弦输出绕组Z3 Z4 接上负载以后;除了仍存在 的 EcKeUf cos 电势以外;还附加了正比于 BZ cos的2 电势 E; q 显3 4 然后者的出现破坏了输出电压 随转角作正弦函数变化的关系;造成输出特性的畸变; 由式 417 还可以看出; 在一定的转角下 正比于 ;而E q 3 4 又正比B于Z 绕组B Z Z3 Z4 中的电流所以负载电I R 2 流愈大; 也愈大;输出特性偏离正弦函数关系就愈远;
绕组和二次绕组;如图4 18;表示了余弦输出绕组Z3Z4带负载的情况;
在输出绕组中应出电动势Ec ; 电动势产生电流 电流Ic 产生沿绕组轴
线方向的磁通势Fc 它是一个脉振磁场; 设该磁场的作对应转子电流达到最大时的磁通
密度空间向量; Fc 可以分解为直轴方向和激磁绕组轴线方向一致的直
图4 9 旋转变压器定转子组件图
旋转变压器分为有刷式和无刷式
有刷式旋转变压器
无刷式旋转变压器
4 2 2正余弦旋转变压器的工作原理
旋转变压器是一个能够转动的变压器;它的定 子绕组相当于普通变压器的一次侧线圈励磁线圈; 而转子绕组就相当于普通变压器的二次侧线圈; 根 据测得的输出电压;就可以知道转子转角的大小; 对励磁电压的相位移等于转子的转动角度;检测出 相位;即可测出角位移;
按旋转变压器在系统中用途可
分为解算用旋转和数据传输用旋转 变压器; 根据数据传输用旋转变压 器在系统中的具体用途;又可分为旋 变发送机代号为XF;旋变差动发送 机代号为XC;旋变变压器又名旋变 接收器代号为XB;
旋转变压器全面详解
可以证明, 当定子交轴绕组外接阻抗Z等于励磁电源内阻抗Zn, 即Z=Zn时, 由转子电流所引起的输出特性畸变可以得到完全的补偿。 因为一般电源
内阻抗Zn值很小, 所以实际应用中经常把交轴绕组直接短路, 同样可以达
到完全补偿的目的。
第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
6.3.5 原、 副边都补偿的正余弦旋转变压器
应移相器如何分别被用作精密位移测量和移相的元件。
第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
6.2 旋转变压器的结构特点
旋转变压器的典型结构与一般绕线式异步电动机相似。
它由定子和转子两大部分组成, 每一大部分又有自己的电磁
部分和机械部分, 如图 6 - 1所示, 下面以正余弦旋转变压器的
典型结构分析之。
第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
kuU s1 Z Z
cos
(6 - 9)
第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
将式(6 - 9)代入式(6 - 8)得以下两式:
FR1q
KIR1 sin
K
kuU s1 cos
Z Z
sin
FR 2 q
KIR2
c os
K
kuU s1 sin
ZL Z
c os
(6 - 10) (6 - 11)
第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
XX)以及比例式旋转变压器(代号为XL)。其中, 正余弦旋转变压器的输出
电压与转子转角成正余弦函数关系; 线性旋转变压器的输出电压与转子转
角在一定转角范围内成正比; 比例式旋转变压器在结构上增加了一个锁定
转子位置的装置。
第6章 旋转变压器第6章 旋转变压器
这些旋转变压器的用途主要是用来进行坐标变换、 三角函数计算和数 据传输、 将旋转角度转换成信号电压, 等等。 根据数据传输在系统中的 具体用途, 旋转变压器又可分为旋变发送机(代号为XF)、 旋变差动发送机 (代号为XC)和旋变变压器(代号为XB)。 其实, 这里数据传输的旋转变压 器在系统中的作用与相应的自整角机的作用是相同的。