一般來說電機是沒辦法直接傳遞位置信號和速度信號的，如果想要準確地獲取電機角度信息和速度信息來完成高精度的控制就必須依賴于采集角度的傳感器件。這一類器件里有很多很多不同原理不同特性的傳感，光電編碼、霍爾傳感等等。旋轉變壓器也是其中一種。

旋轉變壓器是一類很常見的角位置傳感器，在伺服電機、PMSM電機應用中提供位置和速度反饋。如果從機械設備的角度看，旋轉變壓器由靜止的定子和可移動的轉子構成，從電氣角度來看，它可以看作由為轉子供電的變壓器和用于測定角度的輔助變壓器構成。在工業環境中旋轉變壓器的信號輸出可以不受振動粉塵油污的影響，適合在惡劣環境下使用，另外旋轉變壓器能提供單圈的絕對位置，但需要額外的電子裝置進行信號處理和記錄旋轉的圈數。旋轉變壓器和光電編碼器在機器人應用上都很常見，在筆者見過的大部分KUKA、ABB機器人的伺服電機上都配備了旋轉變壓器。

電氣角度下的旋轉變壓

上面說到，從電氣角度看，旋轉變壓器由為轉子供電的變壓器和用于測定角度的輔助變壓器構成。旋轉變壓器的第一個變壓器采用同心設計，在功能上與電機運動的角度值無關。第二個變壓器會隨電機運動的角度變化，由定子繞組和轉子繞組構成。這兩個變壓器元件的繞組設計會使凹槽中的繞組數量與正弦值相對應。

如果給轉子繞組通電，則產生正弦磁通量，它將以轉子和定子相對角度位置函數的形式在定子線圈中產生電壓。兩個電壓的振幅對應于正弦或余弦。因此，可以使用合適的求值電路獲取絕對角度數據。

（圖源：Jamagawa）

旋轉變壓器的極對數表示了轉子和定子繞組的正弦分布在一次旋轉中的重復頻率。極對數越高，旋轉變壓器的機械精度越高。對于多極對，絕對角度數據可能會丟失，但在對旋轉變壓器信號進行數字轉換后，會獲得更高的分辨率。

旋轉變壓器和編碼器的取舍

二者作為角位置傳感器，都是通過將機械運動轉換為電信號來測量軸的旋轉位置。編碼器提供的是數字輸出信號，而旋轉變壓器提供的是模擬輸出信號，因此需要旋轉變壓器的輸出要進行軸角－數字轉換。與編碼器相比，旋轉變壓器在極端環境條件（如高溫以及沖擊和振動）下更加可靠，這也是為什么在很多環境相對嚴苛的工業機器人應用里旋轉變壓器出場率很高的原因。

（圖源：TE）

旋轉變壓器可以用作增量和絕對編碼器的替代品，但這個取舍還是取決于應用場合，一是環境條件，而是系統的控制電子裝置。雖然旋轉變壓器更適合嚴苛的環境，但是編碼器不可否認的具有高精度，并且集成到控制電子裝置的過程相對來說也不那么復雜。

數字轉換成為旋轉變壓器

上面說到的兩個方向，都提到了一個詞，旋轉變壓器的數字轉換。旋轉變壓器的數字轉換需要用到RDC，也就是旋變數字轉換器。旋變數字轉換器在旋變器和系統主控芯片之間實現連接，采用旋轉變壓器輸出的正弦和余弦信號解碼電機軸的角位置和旋轉速度。

（圖源：TI）

大部分的旋變數字轉換會采用Type-II跟蹤環路計算位置和速度。RDC同步采樣兩路輸入信號，提供數字化數據給跟蹤環路。在很多工業應用場景中，噪聲環境會極大影響RDC采集的數據，在正弦和余弦信號上出現高頻噪聲。如果出現這種情況，可以在靠近RDC的地方放置一個差分低通濾波器，即便是最簡單的差分低通濾波器也可以有效抑制高頻噪聲。

小結

旋轉變壓器和旋變數字轉換器一同使用時，可以給電機控制應用提供高精度和穩定的位置/速度測量信息，泛一點說是對電機控制能力極大地增強。但是我們也看到了這個精準的測量必須考慮到所有可能的誤差，在信號鏈的設計上盡量規避誤差的產生。