新能源汽车电机旋转变压器应用浅析

崔春宝1. 高冰卉2.1.湖南省耐为数控技术有限公司；2.中国水利水电第八工程局有限公司

新能源汽车电机旋转变压器应用浅析

崔春宝1. 高冰卉2.
1.湖南省耐为数控技术有限公司；2.中国水利水电第八工程局有限公司

驱动电机作为电动汽车核心零部件之一，其各功能是否正常直接影响整个系统的工作和安全。旋转变压器以耐热、耐振、耐冲击、耐油污，甚至耐腐蚀等恶劣工作环境的适应能力被电动汽车电机广泛采用。本文中，介绍了旋转变压器的原理和特点，以及在新能源汽车上的应用及检测方法。

新能源汽车 速度信号 旋转变压器

前言

随着人们对“低碳”和能源问题的广泛关注，电动汽车以“零排放、高环保”的环保优势得到了快速发展。而我国新能源汽车技术和产业化在国家的大力支持下达到了世界顶尖水平，目前，新能源汽车所搭载电机类型多为交流电机，而永磁同步电机所占比例达到77%以上，三相异步电机所占比例逐渐减少，永磁电机特性就决定了驱动电机控制器对速度反馈单元有较高要求，因此，新能源汽车搭载电机在设计时多采用对环境适应能力强的旋转变压器。

一、旋转变压器结构和原理

（一）旋转变压器结构

旋转变压器主要有正余弦旋转变压器和线性旋转变压器两种。正余弦旋转变压器主要用于要求坐标变换、三角运算的场合，线性旋转变压器主要用于要求将转角转换成电信号的场合。因此，电动汽车电机采用旋转变压器为正余弦旋转变压器。旋转变压器分为定子和转子两大部分，一般制成两极电机。定、转子铁心采用高导磁率的软磁材料或硅钢片叠成。定、转子铁心的槽中均嵌有在空间位置上互差90°电角度、参数完全相同的两套绕组。

（二）正余弦旋转变压器原理

正余弦旋转变压器的转子输出电压与转子转角呈正弦或余弦关系，它可用于坐标变换、三角运算、角度数字转换等场合。定子绕组施以交流励磁电压，建立磁通势产生脉振磁场，转子绕组产生余弦、正弦电压。

旋转变压器在使用过程中为了使正余弦旋转变压器负载时的输出电压不畸变，仍是转角的正余弦函数，则要求转子正余弦绕组的负载阻抗相等，将定子上的另一补偿绕组短接，以补偿由于负载电流引起的畸变磁通势。

二、旋转变压器应用

（一）旋转变压器应用趋势

除了传统的、要求可靠性高的军用、航空航天领域之外，旋转变压器的应用在工业、交通以及民用领域也得到了广泛的应用。特别应该提出的是，近年来，随着工业自动化水平的提高，以及节能减排的要求越来越高，效率高、节能显著的永磁交流电动机的应用，越来越广泛，目前电动汽车中所用的位置、速度传感器都是旋转变压器。

（二）永磁电机旋转变压器应用分析

电动汽车中永磁同步电机控制方式为矢量控制，因而旋转变压器的在电机运行过程中需实时反馈电机转子位置和转速，唯一目的就是要使驱动电机控制器达成矢量控制的目标，驱动电机控制器进行使d轴励磁分量和q轴出力分量解耦，令永磁交流电机定子绕组产生的电磁场始终正交于转子永磁场，从而获得最佳的出力效果，即“类直流特性”，这种控制方法也被称为磁场定向控制（FOC），达成FOC控制目标的外在表现就是永磁交流伺服电机的“相电流”波形始终与“相反电势”波形保持一致。

三、电机出厂检测

电动汽车驱动电机控制器对同一型号电机应具有兼容匹配性，这就要求驱动电机控制器默认旋转变压器初始角度与电机旋转变压器实际角度一致，这就要求每台电机在出厂时必须进行“调零”，一般控制器与电机厂家规定初始角度为0°，目前各厂家调零方式不一，但原理均是令永磁交流电机定子绕组产生的电磁场始终正交于转子永磁场，常用变与伺服电机电角度相位的对齐方法如下：1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入V出；

2.用示波器观察旋变的SIN线圈的信号引线输出；

3.依据操作的方便程度，调整电机轴上的旋变转子与电机轴的相对位置，或者旋变定子与电机外壳的相对位置；

4.一边调整，一边观察旋变SIN信号的包络，一直调整到信号包络的幅值完全归零，锁定旋变。

撤掉直流电源，进行对齐验证：

1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形；

2.转动电机轴，验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。此时SIN信号包络的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。

四、结语

新能源电动汽车的快速发展，对节能、高效提出了更高的要求，使得永磁同步电机在电动汽车中的应用越来越重要，旋转编码器作为普遍采用的速度反馈信号单元，得到了更广泛的发展和应用，此次主要从旋转变压器的结构、原理方面进行了介绍，结合原理介绍了电机出厂时旋转编码器调零和复检的方法。

[1]李文韬，黄苏融.车用电机系统磁阻式旋变转子设计与分析[A].电机与控制应用.2008(05).

[2]王宝诚，翟华.解密旋转变压器[J].天津冶金.2007(05).

[3]熊安胜.浅谈未来新能源汽车的技术发展趋势[A].信息记录材料.2016(04).

[4]王先泉.旋转变压器技术综述[J].军民两用技术与产品.2016(12).

崔春宝（1986-），男，汉族，河北省遵化市，2010年毕业于安徽工程大学自动化专业，现供职于湖南省耐为数控技术有限公司，初级电气工程师，工学学士学位，研究方向：电气自动化；高冰卉（1990-），女，2011年毕业于安徽工程大学自动化专业，中级电气工程师，工学学士学位，现供职：中国水利水电第八工程局有限公司。