永磁同步電機力矩控制
什么是齒槽力矩?在永磁電機中,即使沒(méi)有電流通過(guò)定子,也會(huì )產(chǎn)生電磁轉矩。我們稱(chēng)這個(gè)扭矩為齒槽轉矩。

由于空氣磁導率與鐵芯磁導率存在差異,氣隙內部空間磁場(chǎng)分布并不均勻,同時(shí)存在徑向分量與切向分量。轉子轉動(dòng)過(guò)程中,定子不通電的條件下也會(huì )生成轉矩,也就是齒槽轉矩。簡(jiǎn)單直觀(guān)的感受:用手緩慢轉動(dòng)永磁電機輸出軸,可以感受到明顯的頓挫、一格一格的阻滯感。
磁極與鐵芯處于垂直位置(0°、180°)時(shí)磁阻最大,轉矩等于0,稱(chēng)為不穩定平衡點(diǎn);
磁極正對鐵芯位置(90°、270°)時(shí)磁阻最小,轉矩等于0,稱(chēng)為穩定平衡點(diǎn),無(wú)較大負載時(shí)轉子可在此位置保持靜止。
兩個(gè)平衡點(diǎn)之間,磁阻轉矩呈現非線(xiàn)性特征,轉矩峰值一般出現在定子齒附近位置。
影響齒槽轉矩大小的主要因素:
1、永磁體磁場(chǎng)強度
2、定子槽口寬度
3、轉子永磁體的安裝位置與尺寸精度
4、定子疊片受沖壓、紋理方向、疊壓方式、焊接等工藝影響
很多應用場(chǎng)景對電機轉矩波動(dòng)指標管控嚴格,因此電機設計階段需要對齒槽轉矩進(jìn)行抑制優(yōu)化。
如何降低電機齒槽轉矩?
斜槽/斜極是行業(yè)比較常用的方案,一般將定子鐵芯或者轉子永磁體錯開(kāi)半個(gè)齒距或者一個(gè)齒距。
考慮到定子斜槽加工工藝復雜,轉子分段斜極及其衍生方案在實(shí)際生產(chǎn)中應用更多。
斜槽方案也存在短板:會(huì )削弱感應電動(dòng)勢基波幅值,造成輸出功率與輸出轉矩下降,增大電機漏磁與雜散損耗,降低電機效率,同時(shí)提升加工工藝難度。