基于Ansoft的新型磁阻式旋转变压器的设计及优化

基于Ansoft的新型磁阻式旋转变压器的设计及优化基于Ansoft 的新型磁阻式旋转变压器的设计及优化

1

刘平宙，方

12丹，黄永瑞

1卧龙电气集团股份有限公司，浙江绍兴（312300）

2许继集团有限公司，河南许昌（461000）

摘

要

介绍了新型磁阻式旋转变压器的的基本结构和工作原理，给出了定子激磁绕组和输

分析了正弦绕组和凸极转子的设计方法。通过Ansoft /Maxwell有限元仿真出绕组的的分布方式，

分析软件对所设计的磁阻式旋转变压器进行了分析，得到了旋转变压器的仿真输出参数，进行了样机制作并对其完成了测试，通过测试结果和仿真分析结果的对比，验证了设计方案的正确性和为新型磁阻式旋转变压器的设计提供了设计依据。可行性，

关键词

磁阻式旋转变压器；正弦绕组；转子优化；有限元分析

文献标识码：A

7281（2019）03-0020-04文章编号：1008-中图分类号：TM383．2：TM301．2

Design and Optimization of New Reluctance Rotary Transformer Based on Ansoft Liu Pingzhou ，Fang Dan ，and Huang Yongrui

Abstract

This paper introduces the basic structure and operation principle of new reluc-tance rotary transformer ，gives the distribution patterns of stator excitation winding and output winding ，and analyzes the design methods of sine winding and salient-pole rotor．The designed reluctance rotary transformer is analyzed by Ansoft /Maxwellfinite-element simulation analysis software to obtain simulation output parameters．The prototype is manufactured

and tested．The correctness and feasibility of this design scheme are verified by comparison between simulation result and test result．It provides the basis to design new reluctance rotary transformers．

Key words ment analysis

Reluctance rotary transformer ；sine windings ；rotor optimization ；

finite-ele-

0引言

在电机的伺服控制系统中，往往需要对电机

设计方案的瞬态仿真，得到了新型磁阻式旋转变通过样机的制作及测试，验证了压器的仿真参数，

设计方案的正确性和可行性，为新型磁阻式旋转变压器的设计提供了设计参考依据。

实现对电机的转速、转的转子位置进行实时检测，

矩的高精度控制。在诸多的转子位置检测元件中，新型磁阻式旋转变压器以其结构简单、体积坚固耐用、抗干扰等优点在电机控制领域中得小、

到广泛应用。与传统的绕线式有刷和无刷旋转变压器以及磁阻旋转变压器相比，它省去了电刷和滑环，无刷化，不带有耦合变压器，结构简单，减小了电机体积，转子无需开槽，减少了转子齿数，提能够在恶劣的环境中高了运行速度和运行寿命，工作。

本文介绍了新型磁阻式旋转变压器的基本结给出了绕组和转子的设计方法，利构和工作原理，

用Ansoft /Maxwell强大的仿真分析功能，进行了20

1

1．1

基本结构和工作原理

电机结构

传统的磁阻式旋转变压器相当于无接触式磁

定阻可变的耦合变压器。它也是由定转子组成，子铁心上有大齿、小齿，小齿均匀地分布在大齿（即极靴）的齿端，输入绕组、输出绕组以及补转子铁心偿绕组全部嵌放在定子铁心的大槽中，上没有绕组分布，其定转子冲片如图1所示。为达到高精度要求，通常

选取过多的极对数。由于定转子上双开槽及大小齿的凸极结构，不能使电机的体积进一步减小，机构冗余，绕线复杂，不方

便控制中进行矢量变换。

新型磁阻式旋转变压器的激磁绕组和信号输出绕组固定在定子上，利用转子磁极的凸极效应，使得励磁绕组和信号绕组之间的互感随磁阻转子的位置而变化，从而在信号绕组中感应出具有转子位置信息的变压器电动势。通过定子槽数、转子极对数的选取，实现两相或多相正余弦旋转变压器。转子磁极形状需做特殊设计，使得气隙磁场近似于正弦波。结构示意图如图2所示

。

图3Resolver 工作原理示意图

当给激磁绕组施加幅值为E sin （wt ）正弦交流电压时，则在信号输出绕组中的感应电势分别为

{

图1

传统磁阻式旋变结构示意图

E sin =K N E sin （wt ）sin （p θ）E cos =K N E sin （wt ）cos （p θ）

（1）

K N —旋变变比；θ—转子机械转角；ω—激磁式中，

w =2pf 。频率角，

从上式中可以看出，两相输出信号与转子的

转角θ成严格的正余弦关系。

2

2．1

绕组与凸极转子的设计

正弦绕组的设计

若新型磁阻式旋转变压器的正弦绕组设计不则所设计的电机达不到设计要求，甚至输出合理，