如何降低永磁电机中的齿槽转矩？

齿槽效应是一些永磁电机设计的不良特性，它在步进电机中也称为“制动”或“无电流”扭矩。当转子齿的侧面与电动机内的定子齿的侧面对齐时，会产生齿槽转矩。永磁电机可以视为具有磁路和电路，当转子和定子齿对齐时，磁路中的“电阻”最低。

齿槽效应

当旋转未通电的电机轴时（例如用手指），会感觉到它从当前点“跳跃”并“稳定”在另一个点。在这些跳跃中经历的扭矩是脱离当前转子/定子对准并移动到下一个转子/定子对准所需的扭矩。

驱动时，电机中的齿槽转矩是不受欢迎的，尤其是在低速时，因为它会导致电机的输出转矩波动。在更高的速度下，转子的惯性会使波动变得平滑，使其不那么明显，可以在下图中的图表中看到齿槽转矩波动的可视化。

当电机反向驱动时，齿槽效应还会产生变化的扭矩负载，并且在（非齿轮）定位系统中，它还会影响位置精度，因为转子往往会锁定在电机转子和定子对齐的位置。

齿槽解决方案

有多种减少齿槽效应的方法，但几乎所有方法都涉及更改电机设计。无芯电机根本不会出现齿槽效应，因为它们具有均匀的 360 度定子磁场，并且转子中没有永磁电路元件，这意味着不会出现转子和定子磁路对齐/不对齐的情况。

另一种方法是增加电机使用的极数，与3极电机相比，7极电机的齿槽转矩更低，齿槽位置之间的角度也更小。

对于更高扭矩的多极电机，一种有趣的方法是“倾斜槽”，如下图所示，这些电机也称为“双槽”电机，但这种齿槽效应的减少是有代价的。扭槽电机的效率较低，因为每个转子槽的末端与定子槽重叠，这意味着在驱动时磁场相互作用的区域较小（这也是减少齿槽效应的原因）。

最后一种更先进的方法是为电机配备编码器，知道电机的位置后，可以通过编码器调制电机的电流驱动，以补偿一些齿槽转矩波动并使用电子驱动技术对其进行平滑处理。

结论

齿槽效应是必然之恶，但在许多应用中，它不会出现任何重大问题，如果齿槽效应是应用的一个问题，最快的方法是转向无芯设计（有刷或无刷）。但是，如果无芯设计无法工作（例如电机的扭矩密度太低），我们可以采用一些更先进的技术。