获取准确的转子位置信息对闭环电机控制系统极其重要。旋转变压器、光电编码器和霍尔传感器通常用于测量电机的转子角位置,其中,旋转变压器在精度和环境适应性方面有着明显的综合优势。变磁阻（variable reluctance,VR）旋转变压器是一种特殊结构的多极旋转变压器,利用不同的磁阻调制电信号,其定子绕组的电感是转子角位置的函数。相较光电编码器和霍尔传感器,变磁阻旋转变压器简单且坚固的转子能承受较大的振动应力和离心应力,尤其适合振动环境和高速、超高速等应用领域。此外,VR旋转变压器比传统绕线转子式旋转变压器更易制造。VR旋转变压器的这些优点符合泵、涡轮和压缩机等高速电机对位置反馈应用的要求。新型定子永磁（permanent magnet,PM）-变磁阻旋转变压器可以视为一种特殊的定子永磁发电机,其两相信号（即正弦、余弦信号）之间的相位差可用于计算转子位置。它在继承传统变磁阻旋转变压器简单坚固的转子结构的同时,通过永磁反电动势解码角位置的方案,避免了高频励磁（high-frequency,HF）信号的注入。轴向无槽结构使旋转变压器变得紧凑,较径向结构尺寸小。此外,印刷电路板（printed circuit board,PCB）取代了常规旋转变压器中的绕组线圈,大大简化了制造过程。新型轴向定子永磁-变磁阻旋转变压器结构相较光电编码器和霍尔传感器,能承受较大的振动应力和离心应力,尤其适用于振动环境和高速、超高速场景。该新型旋转变压器拓扑具有结构紧凑,轴向长度短,易于集成,成本低,易于制造等优点,能够为高速电机应用提供准确的转子位置信息。本课题的研究对于在高速、超高速的场合下为电机控制系统提供实时准确的转子位置信号具有重要意义。本文从新型轴向定子永磁-变磁阻旋转变压器的拓扑结构、转子极数分别为偶数和奇数时的设计方案、旋转变压器在电机控制系统中的实际运用等方面开展相应的研究工作。本课题的主要研究内容如下:1.提出一种新型轴向无槽定子永磁-变磁阻旋转变压器拓扑结构,并介绍转子极数为偶数时的旋转变压器设计方案,以4-X旋转变压器为例。对该4-X旋转变压器进行有限元仿真（finite element analysis,FEA）和分析,制作旋转变压器样机并通过实验验证该结构的正确性。2.由于奇、偶数转子极的旋转变压器设计不能采用相同的原理,针对奇数极旋转变压器面临的设计问题,提出一种基于磁场调制理论的中高速场景下轴向定子永磁VR旋转变压器的设计方案,以5-X旋转变压器为例。运用磁场调制理论,结合新型旋转变压器结构进行方案设计、推导和分析,总结出奇数极旋转变压器的设计指南,并对5-X旋转变压器进行建模和仿真,通过实验验证方案的可行性。3.为奇数极旋转变压器提出另一种基于非叠绕组的全速度场景设计方案,以5-X旋转变压器为例。介绍非叠绕组方案的绕组分布,进行建模和有限元仿真,制作样机,进行实验,验证该设计的可行性,并与上一种奇数极旋转变压器设计方案进行比较,给出两种设计方案的适用场景。4.给出本课题实验中旋转变压器转子角位置信号的计算过程,设计放大电路,将原始反电动势信号调节到DSP ADC输入范围,给出解码计算位置角的流程。当正余弦两相原始电压信号非正交时,给出将信号正交化的方法。5.为验证本课题所设计的轴向定子永磁VR旋转变压器的实用性,设计了一个电机驱动实验。该实验将4-X旋转变压器与永磁同步电机（permanent magnet synchronous machine,PMSM）集成,并在新型旋转变压器解码装置的基础上,构建了具有空间矢量脉宽调制（space vector pulse width modulation,SVPWM）的电机驱动系统。