概念与结构

在电机及其控制系统中,需要测量转子位置与角速度,才能实现高精度控制。可变磁阻旋变器(VRR)是一种非接触电磁传感器,可高精度测量旋转机械的位置与转速。VRR 由转子与定子组成:转子为带凸极的硅钢叠片铁芯,定子则包含硅钢叠片铁芯与绕线齿。

可变磁阻旋变器定子与转子结构
VRR 定子与转子结构
可变磁阻旋变器产品
VRR 产品示意

工作机理与应用

利用转子凸极效应,励磁绕组与输出绕组(正弦、余弦绕组)之间的互感随转子位置变化。定子齿与铁芯之间形成气隙;转子转动时,与定子对齐的齿数增加,磁阻降低、磁通密度升高。这一变化在定子输出绕组中感应出与转子角度成比例的电压,从而精确测定角度。

VRR 凸极效应与互感变化示意
转子凸极引起互感随位置变化

输出电压方程如下(K 为变比,P 为凸极数,Θ 为转子相对原点的机械角):

ES1-S3 = K · ER1-R3 · cos(P · Θ)

ES2-S3 = K · ER1-R3 · sin(P · Θ)

VRR 励磁与正余弦输出波形
励磁与正余弦输出波形
VRR 绕组接线示意
绕组接线示意
端子功能线色
S1Cos−
S2Sin−
S3Cos+
S4Sin+
S5Ext−
S6Ext+绿

若只用一组输出绕组,电压幅值对应旋转机械的两个角度位置,因此需要两组输出绕组,再由旋变数字转换器(RDC)解算,得到唯一角位置。转子凸极越多,VRR 精度通常越高。典型精度:4 凸极约 ±30′,2 凸极约 ±60′。

4 凸极 VRR 电压幅值随转角变化
4 凸极:电压幅值随转角变化
2 凸极 VRR 电压幅值随转角变化
2 凸极:电压幅值随转角变化

与其他传感器的对比

磁编码器、光电编码器等也可达到相近性能。相较而言,VRR 可制造性与环境适应性更好,可靠性高、结构简单、成本低、体积轻、转速高。尽管通用精度不算最高,仍广泛用作无刷直流电机主轴的位置与转速传感器,尤其适用于新能源汽车、机器人、矿山机械、航空航天与军工等领域。

制造工艺流程

  1. 冲压制备定子、转子叠片铁芯
  2. 在定子上注塑绕线骨架
  3. 用绕线机在定子齿上完成励磁与输出绕组
  4. 将绕组线焊接到端子,保证可靠连接
  5. 绕组浸漆并固化,避免外力损伤
  6. 电性能与工艺验证测试,满足性能要求

产品介绍见 可变磁阻旋变器 (VRR)。如有问题,欢迎与我们联系。

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