旋转变压器在混合动力汽车中的应用

旋转变压器在混合动力汽车中的应用

引子

随着世界各国环境保护措施越来越严格，用环保型汽车替代普通燃油发动机汽车将成为今后汽车发展的主流，目前已经出现的环保汽车有：太阳能汽车、氢能源汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等等。但是在这些车型中， 目前只有混合动力汽车真正具有实用推广价值。

混合动力汽车的动力系统以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等三种。

不管采用何种方式，在电动机参与传动时都需要速度反馈，控制器接收到速度反馈信号后控制电动机驱动机构将车速稳定在目标速度， 也可以根据速度选择传动方式。

常用的速度反馈元件有旋转编码器，霍尔速度传感器、旋转变压器（简称旋变）。

从功能上来讲，三者都能完成速度反馈的功能，但是编码器由于码盘防护等级不高，容易震坏，虽然有较高的分辨率，但是维修频率高，从而影响整台车质量可靠性；霍尔速度传感器价格便宜、 但是分辨率低，使得控制精度受到限制， 而且霍尔元件长时间受热后磁性会减弱，所以使用寿命不长；旋转变压器由于转子和定子分离，无接触，而且采用无刷设计，所以有很高的防护等级，能耐高强度的震动，不怕水和油污，使用寿命可以长达数十年，另外采用专用的转换芯片解码，可以将旋变输出的模拟信号转换为数字信号，有和旋转编码器相当的解码精度。

因此，做为混合动力汽车的速度反馈元件，旋变可以说一种比较理想的选择。

在旋转变压器各生产厂家中，日本多摩川的产品有较强的针对性，它生产的旋变起初主要是提供给丰田做混合动力汽车，后陆续发展成系列，并且被凌志、福特等汽车厂家广泛采用。

多摩川旋变结构和原理

如图1所示是日本多摩川一款称为Singlsyn的旋变结构图，它分转子和定子两部分。转子由硅钢片叠成。硅钢片的外形轮廓视旋变极数而定，图中旋变为1对极， 转子外形似椭圆状。

定子上开有齿槽，一相初极励磁线圈和两相次极输出线圈都绕在齿槽内，定子旋转改变和定子之间空气厚度，从而改变初、次极绕组间的耦合系数。使得在初极输入交流励磁电压的情况下，输出电压的幅度和转子转过的角度成比例。用数学表达式可以表示成：

ES1-S3=ER1-R2XSinθ (次极Sin相输出)

ES2-S4=ER1-R2XCosθ (次极Cos相输出)

ER1-R2为初极励磁电压，θ为转子转过的角度。

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，

等效电路图如图2所示。