齒槽轉矩測試的必要性和方法

　　近年來(lái)隨著(zhù)永磁材料的發(fā)展，永磁電機成了電機行業(yè)的新寵。然而在永磁電機中，齒槽轉矩的存在給電機的控制性能造成了很大的影響，那齒槽轉矩到底是怎么產(chǎn)生的?我們又該怎么去測呢?

　　玩過(guò)永磁電機的朋友都有過(guò)類(lèi)似的經(jīng)歷：我們在電機掉電的情況下去轉電機的轉子，發(fā)現會(huì )有一種卡頓的感覺(jué)，而不像傳統直流電機那么順暢的就能把轉子徒手轉起來(lái)。這種卡頓其實(shí)就是因為永磁電機存在齒槽轉矩。永磁電機內部結構圖如圖1所示，齒槽轉矩是永磁電機的固有的特征之一，它是在電樞繞組不通電的狀態(tài)下，由永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)同電樞鐵心的齒槽作用在圓周方向上產(chǎn)生的轉矩。它其實(shí)是永磁體與電樞齒之間的切向力，使永磁電動(dòng)機的轉子有一種沿著(zhù)某一特定方向與定子對齊的趨勢，試圖將轉子定位在某些位置，由此趨勢產(chǎn)生的一種振蕩轉矩就是齒槽轉矩。

　　圖1 永磁同步電機結構圖

　　齒槽轉矩會(huì )使電機產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，出現轉速波動(dòng)，使電機不能平穩運行，影響電機的性能。在變速驅動(dòng)中，當轉矩脈動(dòng)頻率與定子或轉子的機械共振頻率一致時(shí)，齒槽轉矩產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲將被放大。齒槽轉矩的存在同樣影響了電機在速度控制系統中的低速性能和位置控制系統中的高精度定位。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矩，從而去優(yōu)化他的控制算法。

　　在國標GBT/ 30549-2014里對齒槽轉矩的測試有了明確的定義：電機繞組開(kāi)路時(shí)，電機回轉一周內，由電樞鐵心開(kāi)槽，有趨于最小磁阻位置的傾向而產(chǎn)生的周期性力矩。齒槽轉矩的測試方法常用的有：杠桿測量法、轉矩儀法。杠桿測量法比較簡(jiǎn)單，測量精度比較差，所以主要用于對精度要求不高的場(chǎng)合。轉矩儀法架構圖如圖2所示，由于伺服電機的齒槽轉矩非常小，所以測試時(shí)需要以一個(gè)非常低的轉速來(lái)帶動(dòng)未上電的被測電機來(lái)完成測試，原動(dòng)機輸出后要先經(jīng)過(guò)減速系統，將轉速降至1rpm/min左右，然后帶動(dòng)被測電機進(jìn)行測試，用扭矩傳感器測試出齒槽轉矩。在測試過(guò)程中需要處理好原動(dòng)機和傳動(dòng)系統本身轉矩波動(dòng)使得輸出的轉速扭矩更加平滑，以減小傳動(dòng)系統的扭矩波動(dòng)對測試結果的影響。

　　圖2 齒槽轉矩臺架架構

　　致遠電子憑借在電機測量領(lǐng)域的深入理解和長(cháng)久的技術(shù)積累，推出了專(zhuān)用于電機齒槽轉矩和摩擦力矩測試的測試臺架。國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》后，各地紛紛吹起了伺服機器人智能制造的東風(fēng)，意在突破機器人本體、減速器、伺服電機、控制器、傳感器與驅動(dòng)器等關(guān)鍵零部件及系統集成設計制造等技術(shù)瓶頸。致遠電子長(cháng)久以來(lái)專(zhuān)注伺服電機動(dòng)態(tài)測試，在控制時(shí)間響應、階躍響應、頻帶寬度試驗等測試上擁有豐富的經(jīng)驗，齒槽轉矩測試臺的推出更是助力伺服電機的測試進(jìn)入一個(gè)更全面的時(shí)代。