如何控制电流来降低磁阻电机的转矩波形从而消除噪音和震动

磁阻电机具有结构简单且强壮的机械特性，同时在制造生产的成本上也十分低廉，但却不受市场上的欢迎，主要的原因在于磁组电机运转时会产生剧烈的震动及嘈杂的噪音，这都会带给使用者不良的观感。

在磁阻电机的研究中，无论是探讨电机外形尺寸的设计，或是电机驱动电路的规划，以及各类控制法的运用，往往都需要如何解决磁阻电机中震动及噪音的问题。磁阻电机中震动及噪音的来源，主要是可分为风阻及转矩波形这两部分：

风阻：起因主要来自于转子的型式，如下图为一般常见的磁阻电机定、转子结构，其转子齿间空缺的部分在运转时会具有风阻，使得电机运转时会产生风切声。

转矩波形：为电机所产生的转矩不稳定，造成转矩波动的结果，如下图为磁阻电机的转矩图，其转矩不断的有大小值的变化，这波动的幅度就称为转矩波形，起因大部分是来自于电机定、转子间的齿槽效应以及输入电流切换时的不连续现象。不同的电机产生的主因不完全相同，其转矩波形的幅度也有大小之分。这种忽大忽小的转矩，会导致电机振动的产生，当频率高到某种程度时，就会转为噪音的形式表现出来。

转矩波形分析

由上述的说明，可以了解转矩波形其实就是电机转矩的一种现象，因此要分析转矩波形就需从磁阻电机的转矩来加以进行。

由上式的方程式中可知，电机转矩主要来自于电流( I )的大小值以及角度位置电感的变化量( dL/dθ)的值相乘所得，因此分为两个部分进行分析。

电感的变化量：主要是在描述磁阻电机定、转子间相互的齿对位所造成的电感量的差异性，如下图所示，当定子齿部与转子齿部相对齐时，电感量达到最高，而定子齿部与转子的凹槽相对齐时，电感量降至最低点，而这中间的电感上升及下降的变化量的线段斜率，就是公式中的电感的变化量( dL/dθ)的值。在理想的假设之下，变化量的斜率为固定值，但实际的情況如图所示，真实量测到的电感变化量其线段的斜率是不固定的非线性系統，其值的变化是难以估测的，因此会造成转矩输出的不稳定性。

理想的磁阻电机电感量变化曲线图

电流：电流在转矩公式中是来计算的，因此电流的影响会更为明显，平方倍的关系会导致电流的不稳定情況被扩大，如下图所示，可以明显的观察到，每相电流开关切换时，都会有一突波电流值的产生，同时在关闭后还会因为电感效应造成残余电流对电机转矩造成影响。

将电流与理想电感曲线图相重叠，如下图所示，蓝色曲线为输入电流，而黑色线段为电感的变化量，可直接观察到当电感变化量为线性上升时，与电流相互作用后可产生一正向的转矩，而切换时所产生的电流突波则因电感线段的斜率值为零，使其对转矩波形的影响受到抑制，但关闭后所残留电流则会遇到电感下降，斜率为负值的区段，会造成负转矩的产生。

下图所示，为电流与电感作用下所产生出来的转矩，同时会产生正向及负向的转矩，导致转矩波形幅度增加。

改善方式

在假设电感变化曲线图为理想的情況下，电流是造成波形转矩的主要来源，因此为了使电流稳定的输出，在磁阻电机的驱动中常使用CCC ( Chopped Current Control ) 电流截波控制的技術，如下图所示，将电流值控制在iH及iL之间，使电流在切换时所产生的突波受到有效的抑制。

另一方面则是采用电流提前导通的方式，使的关闭后的残留电流不会進入电感负斜率曲线范围內，如下图所示，将电流输入位置往前移，避免负转矩的产生，以降低转矩波形的幅度大小。

由下图可知，适当的提前导通确实可抑制转矩波形的幅度，但过于提早导通，随不至于产生负转矩，但会导致最大转矩下降且幅度也增加，因此在使用时必须先计算评估，且在不同转速时提前导通的角度也会有所改变，以达到最佳的效益。

结论

磁阻电机因其本身特性，需要较大之电感值来增加转矩大小，而此电感值会导致电流的落后情況，故控制时须了解此一特点，進行提前导通补偿，可有效降低转矩波形的产生，降低电机的震动及噪音。