電機(jī)參數(shù)之齒槽轉(zhuǎn)矩

1、齒槽轉(zhuǎn)矩(cogging torque)有誰產(chǎn)生？

通常電樞鐵芯為了安放定子繞組，會(huì)存在齒和槽，由于齒槽的存在引起氣隙磁場不均勻，一個(gè)齒距的磁通相對(duì)集中在齒部。轉(zhuǎn)子的永磁體磁場和定子的齒槽相互作用產(chǎn)生。齒槽轉(zhuǎn)矩是永磁電機(jī)特有的問題之一，齒槽轉(zhuǎn)矩是永磁電機(jī)繞組不通電時(shí)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。

2、齒槽轉(zhuǎn)矩方向？

在圓周方向產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。它總是試圖將轉(zhuǎn)子定位在某些位置。

3、齒槽轉(zhuǎn)矩是否受定子電流影響？

齒槽轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)尺寸，定子齒槽的結(jié)構(gòu)，氣隙的大小，磁極的形狀等有關(guān)；齒槽轉(zhuǎn)矩與定子電流無關(guān)，與繞組如何放置在槽中無關(guān)。

4、什么時(shí)候齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲將被放大？

變速中，轉(zhuǎn)矩頻率與定子或轉(zhuǎn)子的機(jī)械共振頻率一致時(shí)。

5、齒槽轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)性能的影響？

影響電機(jī)的低速性能；位置控制系統(tǒng)中的高精度定位。

6、解決齒槽轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題的方法？

(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(dòng)最有效且應(yīng)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(jī)。實(shí)踐證明，斜槽使電機(jī)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(dòng)勢的幣弦化將會(huì)增大電磁轉(zhuǎn)矩紋波。斜極由于加工復(fù)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(huì)使成本大大增加,并且加工工藝也會(huì)變得復(fù)雜,因而應(yīng)用中往往采用磁極分塊移位法,由通過計(jì)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(cuò)開一定角度安放來近似等效成一個(gè)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(duì)偶數(shù)次諧波沒有影響。

(3)分?jǐn)?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(dòng)量明顯減少。但是，采用了分?jǐn)?shù)槽后，各極下繞組分布不對(duì)稱從而使電機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩分量部分被抵消，電機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩也會(huì)因此而相應(yīng)減小。

(4)磁性槽楔法：采用磁性槽楔法就是在電機(jī)的定子槽口上涂壓一層磁性槽泥，固化后形成具有一定導(dǎo)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(dǎo)分命更加均勻，從而減少由于齒槽效應(yīng)而引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。由于磁性槽楔材料的導(dǎo)磁性能不是很好，因而對(duì)于轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)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(dǎo)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(dòng)。但采用閉口槽，給繞組嵌線帶來極大不便，同時(shí)也會(huì)大大增加槽漏抗，增大電路的時(shí)間常數(shù)，從而影響電機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)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(jī)出力。

(6)優(yōu)化磁鋼設(shè)計(jì)：平行充磁情況下電機(jī)氣隙磁場和反電勢波形更接近正弦波，平行充磁對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)影響較??；電機(jī)極對(duì)數(shù)越大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越大；電機(jī)極弧系數(shù)越大，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)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(jì)70年代中葉就應(yīng)用于直流電機(jī)中，電樞繞組有粘貼在光滑轉(zhuǎn)子表面的，也有做成動(dòng)圈式(moving coil)的，或者是盤式電機(jī)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(shí)際氣隙的組成部分，因此無槽式電機(jī)的實(shí)際等效氣隙比有齒槽電機(jī)大得多，所需的勵(lì)磁磁勢也要大許多，這在早期限制了無槽電機(jī)的容量和發(fā)展。近幾年來隨著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(jī)的實(shí)用化提供了契機(jī)。目前應(yīng)用于永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)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(shí)輔助凹槽本身會(huì)產(chǎn)生諧波，當(dāng)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(shí)，會(huì)使定位力矩升高；反之，會(huì)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(huì)抵消原來有害的諧波分量的P次諧波，同一沖片在對(duì)稱位置上增加兩個(gè)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(duì)稱位置上排布能取得較好的效果。

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審核編輯 黃宇