42 新能源汽車旋變傳感器的工作原理及常見故障檢測(cè)方法

公司總裁 2025-04-30

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旋變傳感器的工作原理

一、旋變傳感器的安裝位置

旋變傳感器一般安裝在電動(dòng)汽車電機(jī)內(nèi)部，起著測(cè)定轉(zhuǎn)子磁極位置從而為逆變器提供正確換向信息的重要作用。

二、旋變傳感器的作用

汽車轉(zhuǎn)速位置傳感器的分類：旋變傳感器和霍爾編碼器

旋變傳感器的作用是檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并把該信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳遞給控制器進(jìn)行解碼獲得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子角度、轉(zhuǎn)子方向。

你可以這么理解，如果說電機(jī)控制器控制電機(jī)就像駕駛員操縱汽車那樣，那旋變的作用就像車上的車速表，司機(jī)可以通過車速表和導(dǎo)航知道車輛的速度。

電機(jī)控制器就是通過旋變知道電機(jī)是正著轉(zhuǎn)還是反著轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到哪里，轉(zhuǎn)的有多快。

三、旋變傳感器的工作原理

在了解旋變傳感器之前，先簡(jiǎn)單了解一下變壓器的工作原理。變壓器就其本質(zhì)來說也是一種電感器，利用電磁互感應(yīng)來變換電路中交流電壓、電流和阻抗特性的器件。變壓器的原理是：當(dāng)初級(jí)線圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓。普通變壓器輸入線圈和輸出線圈都是固定的，兩端的電壓比值是固定的。

與普通變壓器的區(qū)別在于普通變壓器的原邊、副邊繞組是相對(duì)固定的，所以輸出電壓和輸入電壓之比是常數(shù)。

而旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊、副邊繞組則隨轉(zhuǎn)子的角位移發(fā)生相對(duì)位置的改變，因而其輸出電壓的大小隨轉(zhuǎn)子角位移而發(fā)生變化，輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系，或保持某一比例關(guān)系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。

利用氣隙和磁阻的變化使輸出繞組的感應(yīng)電壓會(huì)隨機(jī)械轉(zhuǎn)角作相應(yīng)正弦或余弦的變化，同時(shí)轉(zhuǎn)子必須滿足多磁極的要求，旋轉(zhuǎn)變壓器的定子與轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)是不相同的，定子磁極數(shù)比轉(zhuǎn)子的多。

旋變的三個(gè)線圈，其中轉(zhuǎn)子齒為4個(gè)，定子齒畫出5個(gè)。激磁線圈、正弦線圈和余弦線圈均安置在定子槽內(nèi)，輸入的激磁繞組1-1是逐個(gè)磁極反向串接，而正弦線圈2-2及余弦3-3，則是以兩個(gè)磁極為間隔，反向串接的輸出繞組。當(dāng)轉(zhuǎn)子相對(duì)定子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子、轉(zhuǎn)子間氣隙的磁導(dǎo)發(fā)生變化，每轉(zhuǎn)過一個(gè)轉(zhuǎn)子齒距，氣隙的磁導(dǎo)變化一個(gè)周期。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一圈時(shí)，則變化出與轉(zhuǎn)子齒相同的數(shù)個(gè)周期。氣隙磁導(dǎo)的變化導(dǎo)致輸入和輸出繞組之間互感的變化，輸出繞組感應(yīng)的電勢(shì)也隨之發(fā)生變化。輸出繞組按正弦及余弦規(guī)律變化來判斷轉(zhuǎn)子的瞬間位置以及旋轉(zhuǎn)的方向。

?旋變傳感器是如何判斷正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)的呢？

當(dāng)電機(jī)控制器給勵(lì)磁繞組加上一個(gè)正弦信號(hào)（交流電）的時(shí)候，如果轉(zhuǎn)子不動(dòng)，正弦繞組、余弦繞組會(huì)輸出一個(gè)頻率和幅值不變的正弦信號(hào)跟輸入是一樣的，但是可能它的幅值大小會(huì)有點(diǎn)不同。

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，由于轉(zhuǎn)子上有凸起還有凹陷，通過線圈磁通量不同，會(huì)造成線圈產(chǎn)生電壓不同。正弦上的電壓會(huì)呈現(xiàn)包絡(luò)信號(hào)，余弦上的電壓會(huì)呈現(xiàn)包絡(luò)信號(hào)與正弦相差90度。

正轉(zhuǎn)特征：正弦波形超前余弦波形90°；

反轉(zhuǎn)特征：正弦波形滯后余弦波形90°。

?旋變傳感器是怎樣計(jì)算這些信號(hào)角度呢？

假設(shè)我們勵(lì)磁輸入電壓是V1，正弦繞組信號(hào)電壓是V2，余弦信號(hào)電壓就是V3。

V2=V1*sinωT ω就是角速度，

V3=V1*cosωT

V2/V3=(V1*SinωT)/(V1*cosωT)=tanωT。

ωT是角度，那么V2V3的電壓我們就是可以測(cè)量出來的，那么就可以通過計(jì)算就可以得到一個(gè)角度。

此外，電機(jī)控制器內(nèi)部有對(duì)應(yīng)接口電路，接口電路作為旋變傳感器與主控芯片之間的橋梁，保證了兩者之間信號(hào)的有效傳輸和處理，是實(shí)現(xiàn)電機(jī)高精度控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

主控芯片輸出3.3V高電平的PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號(hào)，經(jīng)過接口電路中的激勵(lì)信號(hào)調(diào)理模塊。該模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和功率放大，生成高頻激勵(lì)信號(hào)，通過電阻R1、R2傳輸給旋變傳感器。
原理：功率放大是為了讓激勵(lì)信號(hào)有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，確保旋變傳感器能夠正常工作并產(chǎn)生準(zhǔn)確的反饋信號(hào)。
旋變傳感器產(chǎn)生的正余弦信號(hào)S1、S3和S2、S4輸入到接口電路的正余弦信號(hào)調(diào)理模塊。
接口電路將處理后的激勵(lì)控制信號(hào)EXCT以及正余弦信號(hào)SIN、COS傳輸給主控芯片TC1782。主控芯片通過內(nèi)置的旋變解碼模塊對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行解碼，結(jié)合矢量控制算法，計(jì)算出電機(jī)的角度θ和角速度ω，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制。

?旋變傳感器是如何判斷轉(zhuǎn)速的呢？如何得到儀表上的車速？

通過接口電路對(duì)旋變傳感器輸出的正余弦信號(hào)進(jìn)行處理傳輸給主控芯片，主控芯片利用內(nèi)置的旋變解碼模塊，根據(jù)正余弦信號(hào)的幅值關(guān)系計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)前的角度位置。

角度值計(jì)算:θ= atan2(sin信號(hào)幅值/cos信號(hào)幅值) 轉(zhuǎn)速計(jì)算：轉(zhuǎn)速 = 角度變化量 / 時(shí)間間隔

車速由電機(jī)轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)系統(tǒng)減速比等參數(shù)共同決定?？刂破鲗⑥D(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為實(shí)際車速值，并通過CAN總線發(fā)送至儀表盤顯示。

旋變傳感器的常見故障檢測(cè)方法

旋變傳感器故障的原因可能有:傳感器本身損壞、芯片損壞、信號(hào)線短路或斷路等。當(dāng)旋變變壓器有故障的時(shí)候，我們是怎么樣去判斷它的好壞呢？

方法一：波形測(cè)量

1、將示波器通道a連接正弦，通道b連接余弦。

2、用12伏變壓器給勵(lì)磁繞組通入12伏交流電。

3、將旋變定子放到合適位置，發(fā)現(xiàn)正弦、余弦感應(yīng)出了固定伏值的交流電。

4、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，正弦、余弦的交流電壓發(fā)現(xiàn)了伏值的變化。

結(jié)果分析：將截取到的波形放大，波形呈現(xiàn)正余弦的變化關(guān)系。一個(gè)信號(hào)到達(dá)最大時(shí)，另一個(gè)信號(hào)到達(dá)最小，將會(huì)相差90度為正常。

如果沒有示波器，可以使用萬用表測(cè)量旋變線圈的阻值來確定旋變的好壞。

方法二：電阻測(cè)量

拔掉電機(jī)低壓插頭測(cè)量電阻，可以通過分別測(cè)量電機(jī)側(cè)勵(lì)磁繞組、正弦繞組、余弦繞組的電阻來判斷好壞。不同電機(jī)品牌旋變變壓器電阻可能不一樣。

R正弦=R余弦

R勵(lì)磁=1/2R正旋=1/2R余弦

在檢測(cè)旋變傳感器好壞時(shí)，可以使用萬用表調(diào)到阻值檔測(cè)量其針腳，如果勵(lì)磁出現(xiàn)無窮大或零，說明出現(xiàn)了短路或斷路;如果兩個(gè)正弦和余弦相差較大，也可以判斷其損壞。

實(shí)測(cè)案例:

注意：旋變繞組阻值標(biāo)準(zhǔn)大家可以參考具體車型的維修手冊(cè)。

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