齒槽轉矩測試的必要性和方法

　　近年來隨著永磁材料的發(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?

　　玩過永磁電機的朋友都有過類似的經(jīng)歷：我們在電機掉電的情況下去轉電機的轉子，發(fā)現(xiàn)會有一種卡頓的感覺，而不像傳統(tǒng)直流電機那么順暢的就能把轉子徒手轉起來。這種卡頓其實就是因為永磁電機存在齒槽轉矩。永磁電機內(nèi)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。它其實是永磁體與電樞齒之間的切向力，使永磁電動機的轉子有一種沿著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

　　齒槽轉矩會使電機產(chǎn)生振動和噪聲，出現(xiàn)轉速波動，使電機不能平穩(wěn)運行，影響電機的性能。在變速驅動中，當轉矩脈動頻率與定子或轉子的機械共振頻率一致時，齒槽轉矩產(chǎn)生的振動和噪聲將被放大。齒槽轉矩的存在同樣影響了電機在速度控制系統(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：電機繞組開路時，電機回轉一周內(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，所以測試時需要以一個非常低的轉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矩。在測試過程中需要處理好原動機和傳動系統(tǒng)本身轉矩波動使得輸出的轉速扭矩更加平滑，以減小傳動系統(tǒng)的扭矩波動對測試結果的影響。

　　圖2 齒槽轉矩臺架架構

　　致遠電子憑借在電機測量領域的深入理解和長久的技術積累，推出了專用于電機齒槽轉矩和摩擦力矩測試的測試臺架。國務院印發(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，意在突破機器人本體、減速器、伺服電機、控制器、傳感器與驅動器等關鍵零部件及系統(tǒng)集成設計制造等技術瓶頸。致遠電子長久以來專注伺服電機動態(tài)測試，在控制時間響應、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入一個更全面的時代。