齿槽转矩和定位力矩的概念.docx

一、定位力矩：较高的气隙磁密与定转子双凸极结构会产生较大的定位力矩。定位力矩会引起电机运行时的转矩脉动、振动和噪声、运行不平稳等问题。
改善措施：注入谐波电流产生的转矩抵消定位力矩中的基波与二次谐波分量，从而达到补偿的目的。
步进电机：一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。
二、齿槽转矩：是永磁电机的固有现象，它是在电枢绕组不通电的状态下，由永磁体产生的磁场同电枢铁心的齿槽作用在圆周方向产生的转矩。它的产生来自于永磁体与电枢齿之间的切向力，使永磁电动机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，试图将转子定位
在某些位置，由此趋势产生的一种振荡转矩。
无刷直流电动机电枢铁心为了安放定子绕组必定存在齿和槽由于齿槽的存在，引起气隙的不均匀，一个齿距内的磁通相对集中于齿部，使得气隙磁导不是常数。当转子旋转时，气隙磁场的贮能就发生变化，产生齿槽转矩，这个转矩是不变的，它与转子位置有关，因而随着转子位置发生变化，就引起转矩脉动。
它与转子的结构尺寸、定子齿槽的结构、气隙的大小、磁极的形状和磁场分布等有关，而与绕组如何放置在槽中和各相绕组中馈入多少电流等因素无关。
齿槽转矩会使电机转矩波动产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。同时使电机产生不希望的振动和噪声。在变速驱动中，当转矩脉动频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽转矩产生的振动和噪声将被放大。齿槽转矩的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。
注：定位力矩就是齿槽转矩！！！
二、不同削弱方法及对比分析
(1)斜槽或斜极：
定子斜槽或转子斜极是抑制齿槽转矩脉动最有效且应用广泛的方法之一，该方法主要用于定子槽数较多且轴向较长的电机。实践证明，斜槽使电机电磁转矩各次谐波的幅值均有所减小。而斜槽或斜极引起的绕组反电动势的正弦化将会增大电磁转矩纹波。斜极由于加工复杂、材料成本高而在工程上很少采用。
(3)分数槽法：此方法可以提高齿槽转矩基波的频率，使齿槽转矩脉动量明显减少。但是，采用了分数槽后，各极下绕组分布不对称从而使电机的有效转矩分量部分被抵消，电机的平均转矩也会因此而相应减小。
（5）闭口槽法：
定子槽不开口，槽口材料与齿部材料相同，槽口的导磁性能较好，所以闭口槽比磁性槽楔能更有效地消除转矩脉动。但采用闭口槽，给绕组嵌线带来极大不便，同时也会大大增加槽漏抗，增大电路的时间常数，从而影响电机控制系统的动态特性。也可通过减少槽口宽度来减少齿槽转矩越，但槽口宽度的减小能够削弱齿槽转矩，却给绕组下线工艺带来困难，另外还使漏磁增加，最终影响电机出力。
(6)优化磁钢设计：平行充磁情况下电机气隙磁场和反电势波形更接近正弦波，平行充磁对转矩脉动影响较小；电机极对数越大，转矩脉动越大；电机极弧系数越大，转矩脉动越小。
(8)辅助凹槽法
加辅助凹槽的目的是减少主要的谐波分量，同时辅助凹槽本身会产生谐波，当辅助凹槽产生的谐波与原定子产生的谐波同相位变化时，会使定位力矩升高；反之，会使定位力矩降低。辅助凹槽中心线与定子冲片中心线的夹角决定了二者是同相还是反相。所加辅助凹槽产生的谐波，将会抵消原来有害的谐波分量的P次谐波，同一冲片在对称位置上增加两个辅助凹槽的作用是相互抵消谐波分量，合适角度的选择，冲片坑口开口位置的减小，都能够减少能变化同一冲片上，辅助凹槽在对称位置上排布能取得较好的效果。
所谓极弧系数αp，就是指的极弧长度占极距的比例。（面贴式为：每极PM所跨弧长/极距；内置式：每极PM所跨槽数/每极槽数）。
所谓计算极弧系数αp'或αi，就是指的在现有极弧系数的情况下，所形成的每极气隙磁感应强度的平均值与最大值的比例，它决定于励磁磁势的分布曲线形状，空气隙的均匀程度及饱和程度等。（需要电磁场计算或估计）。
故一般感应电机是没有极弧系数之说的，只有计算极弧系数一说；而永磁电机可以通过永磁体所跨的弧长与极距之比确定极弧系数，通过电磁场确定计算极弧系数。即先确定极弧系数然后才知道计算极弧系数。

磁拉力的定义：
电机中定子与转子之间的不均匀气隙导致两者之间产生不均衡的磁拉力。即使在定、转子表面极其规则的情况下，实际机组中由于轴系的变形引起的电机转子的偏心也可以产生不平衡磁拉力。另一方面，无论转子与定子同心还是转子偏心时，转子受到沿径向激发的电磁力（即不平衡磁拉力，以下简称为磁拉力）的作用，直接影响着临界转速和动态响应。
磁拉力的产生：
产生单边磁拉力的主要原因是转子相对于定子偏心，而这通常由加工和安装误差、轴承磨损、转子挠度等引起。从图1所示的多极直流电机简图可见，当转子具有初始垂向偏心e。时，垂直布置的一对主极下的气隙，上面的增加到B+e。，下面的减少到B一e。，因此，在每极磁势一定时，上面磁极下的气隙磁密 将减小，而下面磁极下的将增大。于是，这两个磁极和转子间所产生的磁拉力数值将不等，两者之差就形成了所谓的“单边磁拉力”。该力将把转子拉向一侧，使轴承—侧始终受力严重，加速轴承的损坏，引起振动和噪声，导致损耗增加，效率降低，严重时甚至定转子相擦，电机不能转动，直至烧毁电机。