齒槽轉(zhuǎn)矩測試方法

在國標GBT/30549-2014里對齒槽轉(zhuǎn)矩的測試有了明確的定義：電機繞組開路時，電機回轉(zhuǎn)一周內(nèi)，由電樞鐵心開槽，有趨于最小磁阻位置的傾向而產(chǎn)生的周期性力矩。齒槽轉(zhuǎn)矩的測試方法常用的有：杠桿測量法、轉(zhuǎn)矩儀法。杠桿測量法比較簡單，測量精度比較差，所以主要用于對精度要求不高的場合。轉(zhuǎn)矩儀法架構(gòu)圖如圖2所示，由于伺服電機的齒槽轉(zhuǎn)矩非常小，所以測試時需要以一個非常低的轉(zhuǎn)速來帶動未上電的被測電機來完成測試，原動機輸出后要先經(jīng)過減速系統(tǒng)，將轉(zhuǎn)速降至1rpm/min左右，然后帶動被測電機進行測試，用扭矩傳感器測試出齒槽轉(zhuǎn)矩。在測試過程中需要處理好原動機和傳動系統(tǒng)本身轉(zhuǎn)矩波動使得輸出的轉(zhuǎn)速扭矩更加平滑，以減小傳動系統(tǒng)的扭矩波動對測試結(jié)果的影響。

齒槽轉(zhuǎn)矩會使電機產(chǎn)生振動和噪聲，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動，使電機不能平穩(wěn)運行，影響電機的性能。在變速驅(qū)動中，當轉(zhuǎn)矩脈動頻率與定子或轉(zhuǎn)子的機械共振頻率一致時，齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的振動和噪聲將被放大。齒槽轉(zhuǎn)矩的存在同樣影響了電機在速度控制系統(tǒng)中的低速性能和位置控制系統(tǒng)中的高精度定位。所以做永磁電機研發(fā)的工程師希望把自己做的電機的齒槽轉(zhuǎn)矩降到最小，使用永磁電機的工程師則希望了解手上這臺電機的齒槽轉(zhuǎn)矩，從而去優(yōu)化他的控制算法。

齒槽轉(zhuǎn)矩是永磁電機繞組不通電時永磁體和定子鐵心之間相互作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，是由永磁體與電樞齒之間相互作用力的切向分量引起的。

1斜槽或斜極

定子斜槽或轉(zhuǎn)子斜極是抑制齒槽轉(zhuǎn)矩脈動最有效且應用廣泛的方法之一,該方法主要用于定子槽數(shù)較多且軸向較長的電機。實踐證明，斜槽使電機電磁轉(zhuǎn)矩各次諧波的幅值均有所減小。而斜槽或斜極引起的繞組反電動勢的幣弦化將會增大電磁轉(zhuǎn)矩紋波。斜極由于加工復雜、材料成本高而在工程上很少采用。

2磁極分塊移位

由于轉(zhuǎn)子斜極會使成本大大增加,并且加工工藝也會變得復雜,因而應用中往往采用磁極分塊移位法,由通過計算得到磁極極弧系數(shù),然后再把它優(yōu)化,最后把幾段分塊磁鋼沿周向錯開一定角度安放來近似等效成一個連續(xù)的磁極,通常有兩種移位方法:連續(xù)移位和交差移位,前者消除的是磁鋼分塊數(shù)目整數(shù)倍以外的所有齒槽轉(zhuǎn)矩諧波成分,后者只能消除齒槽轉(zhuǎn)矩的奇數(shù)次諧波,對偶數(shù)次諧波沒有影響。

3分數(shù)槽法

此方法可以提高齒槽轉(zhuǎn)矩基波的頻率，使齒槽轉(zhuǎn)矩脈動量明顯減少。但是，采用了分數(shù)槽后，各極下繞組分布不對稱從而使電機的有效轉(zhuǎn)矩分量部分被抵消，電機的平均轉(zhuǎn)矩也會因此而相應減小。

4磁性槽楔法

采用磁性槽楔法就是在電機的定子槽口上涂壓一層磁性槽泥，固化后形成具有一定導磁性能的槽楔。磁性槽楔減少了定子槽開口的影響，使定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙磁導分命更加均勻，從而減少由于齒槽效應而引起的轉(zhuǎn)矩脈動。由于磁性槽楔材料的導磁性能不是很好，因而對于轉(zhuǎn)矩脈動的削弱程度有限。

5閉口槽法

定子槽不開口，槽口材料與齒部材料相同,槽口的導磁性能較好，所以閉口槽比磁性槽楔能更有效地消除轉(zhuǎn)矩脈動。但采用閉口槽，給繞組嵌線帶來極大不便，同時也會大大增加槽漏抗，增大電路的時間常數(shù)，從而影響電機控制系統(tǒng)的動態(tài)特性。也可通過減少槽口寬度來減少齒槽轉(zhuǎn)矩越，但槽口寬度的減小能夠削弱齒槽轉(zhuǎn)矩，卻給繞組下線工藝帶來困難，另外還使漏磁增加，最終影響電機出力。

6優(yōu)化磁鋼設計

平行充磁情況下電機氣隙磁場和反電勢波形更接近正弦波，平行充磁對轉(zhuǎn)矩脈動影響較?。浑姍C極對數(shù)越大，轉(zhuǎn)矩脈動越大；電機極弧系數(shù)越大，轉(zhuǎn)矩脈動越小。

7無槽式繞組

齒槽轉(zhuǎn)矩本質(zhì)上是由永久磁鋼產(chǎn)生的磁通勢與由于定子開槽引起的磁阻變化相互作用而產(chǎn)生的，因此最徹底而又簡單的方法是采用無槽式繞組結(jié)構(gòu)。無槽結(jié)構(gòu)早在上世紀70年代中葉就應用于直流電機中，電樞繞組有粘貼在光滑轉(zhuǎn)子表面的，也有做成動圈式(moving coil)的，或者是盤式電機的印刷繞組(printed circuit winding)，不管采用何種形式電樞繞組的厚度始終是實際氣隙的組成部分，因此無槽式電機的實際等效氣隙比有齒槽電機大得多，所需的勵磁磁勢也要大許多，這在早期限制了無槽電機的容量和發(fā)展隨著NeFeB等高磁能積的永磁材料的迅猛發(fā)展，為無槽式永磁Rl機的實用化提供了契機。應用于永磁無刷直流電動機的無槽式繞組主要可分為三大類：環(huán)形繞組、非重疊集中繞組和杯形繞組。

8輔助凹槽法

加輔助凹槽的目的是減少主要的諧波分量，同時輔助凹槽本身會產(chǎn)生諧波，當輔助凹槽產(chǎn)生的諧波與原定子產(chǎn)生的諧波同相位變化時，會使定位力矩升高；反之，會使定位力矩降低。輔助凹槽中心線與定子沖片中心線的夾角決定了二者是同相還是反相。所加輔助凹槽產(chǎn)生的諧波，將會抵消原來有害的諧波分量的P次諧波，同一沖片在對稱位置上增加兩個輔助凹槽的作用是相互抵消諧波分量，合適角度的選擇，沖片坑口開口位置的減小，都能夠減少能量變化。同一沖片上，輔助凹槽在對稱位置上排布能取得較好的效果。

測齒槽轉(zhuǎn)矩量程在輸出轉(zhuǎn)矩范圍分別為0~100mNm以及0~2Nm， 扭矩精度±0.5%， 轉(zhuǎn)速在測齒槽轉(zhuǎn)矩時0~10r/min可調(diào) ；測負載時能達到10000rpm以上。

永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩大小及負載下性能測試。

轉(zhuǎn)矩可分為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩和動態(tài)轉(zhuǎn)矩。

靜態(tài)轉(zhuǎn)矩是值不隨時間變化或變化很小、很緩慢的轉(zhuǎn)矩，包括靜止轉(zhuǎn)矩、恒定轉(zhuǎn)矩、

緩變轉(zhuǎn)矩和微脈動轉(zhuǎn)矩。

靜止轉(zhuǎn)矩的值為常數(shù)，傳動軸不旋轉(zhuǎn)；

恒定轉(zhuǎn)矩的值為常數(shù)，但傳動軸以勻速旋轉(zhuǎn)，如電機穩(wěn)定工作時的轉(zhuǎn)矩；

緩變轉(zhuǎn)矩的值隨時間緩慢變化，但在短時間內(nèi)可認為轉(zhuǎn)矩值是不變的；

微脈動轉(zhuǎn)矩的瞬時值有幅度不大的脈動變化。

動態(tài)轉(zhuǎn)矩是值隨時間變化很大的轉(zhuǎn)矩，包括振動轉(zhuǎn)矩、過渡轉(zhuǎn)矩和隨機轉(zhuǎn)矩三種。

振動轉(zhuǎn)矩的值是周期性波動的；

過渡轉(zhuǎn)矩是機械從一種工況轉(zhuǎn)換到另一種工況時的轉(zhuǎn)矩變化過程；隨機轉(zhuǎn)矩是一種不確定的、變化無規(guī)律的轉(zhuǎn)矩。

根據(jù)轉(zhuǎn)矩的不同情況，可以采取不同的轉(zhuǎn)矩測量方法。轉(zhuǎn)矩=9550*功率/轉(zhuǎn)速同樣功率=轉(zhuǎn)速*轉(zhuǎn)矩/9550平衡方程式中：功率的單位（kW）；轉(zhuǎn)速的單位（r/min)；轉(zhuǎn)矩的單位（N.m）；9550是計算系數(shù)。2100433B