Un trasformatore rotativo (Resolver Sensors ) è una micromacchina induttiva la cui tensione di uscita mantiene una specifica relazione funzionale con la posizione angolare del rotore. È un sensore di spostamento che converte lo spostamento angolare in segnali elettrici e funge da elemento risolutore in grado di trasformare le coordinate e calcolare funzioni.
È costituito da uno statore e un rotore. L'avvolgimento dello statore funge da lato primario del trasformatore, ricevendo la tensione di eccitazione, mentre l'avvolgimento del rotore funge da lato secondario, ottenendo la tensione indotta tramite accoppiamento elettromagnetico. Il termine 'trasformatore rotativo' è attualmente utilizzato professionalmente in Cina ed è abbreviato in 'trasformatore rotativo'. Alcuni lo chiamano 'risolutore' o 'decompositore'.
I trasformatori rotanti vengono utilizzati nei sistemi di servocontrollo del movimento per il rilevamento e la misurazione della posizione angolare. I primi trasformatori rotanti venivano utilizzati nei dispositivi di calcolo e risoluzione come componente principale dei computer analogici. La loro uscita è un segnale elettrico che varia con la posizione angolare del rotore in una determinata funzione, tipicamente sinusoidale, coseno o lineare. Queste funzioni sono comuni e facili da implementare. Con una progettazione specializzata degli avvolgimenti, è anche possibile produrre uscite elettriche con determinate funzioni speciali, ma queste funzioni vengono utilizzate solo in occasioni speciali e non sono generali.
Con lo sviluppo dell'industria elettronica, l'integrazione dei componenti elettronici è aumentata e i prezzi dei componenti sono notevolmente diminuiti. Inoltre, i progressi nella tecnologia di elaborazione del segnale hanno reso i circuiti di elaborazione del segnale dei trasformatori rotanti più semplici, più affidabili ed economici. Inoltre, l’emergere della decodifica software per l’elaborazione del segnale ha reso la questione dell’elaborazione del segnale più flessibile e conveniente. Di conseguenza, l'applicazione dei trasformatori rotanti si è ampliata e i loro vantaggi sono stati realizzati in modo più completo.
**Principio di funzionamento del trasformatore rotativo**
L'essenza di un trasformatore rotante è un trasformatore. I parametri chiave sono simili a quelli dei trasformatori, come tensione nominale, frequenza nominale e rapporto di trasformazione. La differenza è che il suo lato primario e quello secondario non sono fissi ma hanno movimento relativo. Quando l'angolo relativo tra i due cambia, è possibile ottenere una forma d'onda con ampiezza variabile sul lato di uscita. Il design del trasformatore rotativo si basa sul principio sopra esposto: l'ampiezza del segnale di uscita varia con la posizione, ma la frequenza rimane invariata. Nelle applicazioni pratiche, vengono impostati due set di bobine di uscita, con una differenza di fase di 90 gradi, risultando in due serie di segnali con variazioni di ampiezza SIN e COS.
Un sistema di misurazione angolare a canale singolo può essere composto da due trasformatori rotanti sinusoidali e coseno identici. Un trasformatore rotante funge da trasmettitore e l'altro da trasformatore di controllo. Il trasmettitore è eccitato da una fonte di alimentazione CA. La precisione del trasformatore rotante è di 6' e la precisione del sistema a canale singolo non è inferiore a 6'. Per migliorare la precisione di controllo del sistema, è possibile utilizzare un sistema di misurazione dell'angolo a doppio canale.
**Tipi di trasformatori rotanti**
I trasformatori rotanti hanno generalmente una struttura simile a un motore a rotore avvolto. Diversi tipi o nomi di trasformatori rotanti possono essere ottenuti in base a diversi criteri di classificazione.
- In base alla differenza di utilizzo, possono essere suddivisi in trasformatori rotanti di calcolo e trasformatori rotanti per trasmissione dati.
- In base alla relazione funzionale tra la tensione di uscita e l'angolo del rotore, possono essere suddivisi in trasformatori rotanti sinusoidali, trasformatori rotanti lineari e trasformatori rotanti proporzionali.
- In base alla relazione di posizione relativa e ai ruoli specifici nel calcolo dell'angolo o nei relativi sistemi di conversione e trasmissione del segnale da loro costruiti, possono essere suddivisi in trasmettitori con trasformatore rotativo, trasmettitori differenziali con trasformatore rotativo e trasformatori con trasformatore rotativo.
Inoltre, i trasformatori rotanti possono essere suddivisi in tipi a contatto e senza contatto (con o senza strutture a spazzole ad anello collettore); tipi ad angolo limitato e ad angolo illimitato basati sui limiti dell'angolo di rotazione del rotore; e trasformatori rotanti a coppia unipolare e multipolare in base alla differenza nel numero di coppie polari.
**Struttura del trasformatore rotativo**
**Trasformatore rotativo con spazzole:** L'avvolgimento del rotore viene condotto direttamente all'esterno tramite anelli collettori e spazzole. È caratterizzato da una struttura semplice e da dimensioni ridotte, ma l'affidabilità è scarsa e la durata è breve a causa del contatto meccanico di scorrimento tra le spazzole e gli anelli collettori. Attualmente, questa forma strutturale di trasformatore rotante viene utilizzata raramente e l'attenzione è rivolta ai trasformatori rotanti senza spazzole.
**Trasformatore rotante senza spazzole:** È diviso in due parti principali, ovvero il corpo del trasformatore rotante e il trasformatore aggiuntivo. I nuclei e le bobine di ferro primarie e secondarie del trasformatore aggiuntivo sono anulari e fissati rispettivamente sull'albero del rotore e sull'alloggiamento con un certo spazio radiale.
L'avvolgimento del rotore del corpo del trasformatore rotante è collegato alla bobina primaria del trasformatore aggiuntivo. Il segnale elettrico nella bobina primaria del trasformatore aggiuntivo, cioè il segnale elettrico nell'avvolgimento del rotore, viene emesso indirettamente attraverso l'accoppiamento elettromagnetico e la bobina secondaria del trasformatore aggiuntivo.
Questa struttura evita gli effetti negativi causati dallo scarso contatto tra le spazzole e gli anelli collettori, migliorando l'affidabilità e la durata del trasformatore rotante, ma ne aumentano le dimensioni, il peso e il costo. Attualmente, i trasformatori rotanti senza spazzole hanno due forme strutturali. Uno è chiamato trasformatore rotativo senza spazzole di tipo trasformatore anulare e l'altro è chiamato trasformatore rotativo a riluttanza.
**Trasformatore rotativo di tipo trasformatore anulare:** Questa struttura consente di ottenere un funzionamento senza spazzole e senza contatto. La parte destra nella figura è un tipico statore e rotore di un trasformatore rotativo, con gli stessi avvolgimenti di statore e rotore di un trasformatore rotativo con spazzole per la conversione del segnale. La parte sinistra è il trasformatore anulare. Un suo avvolgimento è sullo statore e l'altro è sul rotore, posizionato concentricamente.
L'avvolgimento del trasformatore anulare sul rotore è collegato all'avvolgimento del rotore per la conversione del segnale e l'ingresso e l'uscita del segnale elettrico sono completati dal trasformatore anulare.
**Trasformatore rotante a riluttanza:** L'avvolgimento di eccitazione e l'avvolgimento di uscita del trasformatore rotante a riluttanza sono posizionati nello stesso set di slot dello statore e rimangono fissi. Tuttavia, le forme dell'avvolgimento di eccitazione e dell'avvolgimento di uscita sono diverse. Il segnale di uscita dell'avvolgimento bifase dovrebbe comunque essere un segnale elettrico che varia sinusoidalmente con l'angolo e ha una differenza dell'angolo elettrico di 90°.
La forma del polo magnetico del rotore è appositamente progettata per rendere il campo magnetico del traferro approssimativamente sinusoidale. Anche la progettazione della forma del rotore deve soddisfare il numero di poli richiesto. Si può vedere che la forma del rotore determina il numero di coppie polari e la forma del campo magnetico del traferro. I trasformatori rotanti a riluttanza sono generalmente realizzati in forma divisa e non combinati insieme, forniti all'utente in forma divisa, assemblati dall'utente.
