幾種簡單的齒槽轉矩測量方法

馮兆冰 吳孔圣 丁云飛 韓貴春 王慶朋

(大連光洋科技工程有限公司，遼寧大連 116600)

永磁同步電動機三相繞組不通電，且在繞組開路的情況下，用手輕輕轉動轉子，會感覺到轉子上有一定的作用轉矩。該轉矩在一圈范圍內大小不均勻，且可發現若干定位點。在自然狀態下轉子即定位在這些點，只有在一定的外界轉矩作用下，才能改變轉子定位的位置。正因為這樣，常常把永磁電動機不通電且繞組開路情況下轉動轉子的轉矩稱為定位轉矩。

定位轉矩的產生主要源于定子齒槽的存在。當永磁轉子的磁極與定子齒槽的相對位置不同時，主磁路的磁導不一樣。永磁轉子趨向定位于磁導最大的位置，即穩定平衡點;電磁轉矩為零，偏離時都有回復到該位置的作用轉矩，或趨于另一相鄰的穩定平衡點。可見轉矩的作用方向是交變的，通常所說的定位轉矩是指交變幅值。由于定位轉矩主要源于定子齒槽，所以也被叫做齒槽轉矩，或者叫做齒槽定位轉矩。

在永磁電動機中，齒槽轉矩常常成為引起振動、噪聲和提高控制精度困難的基本原因。因此，如何測量齒槽轉矩也是受到相當關注的問題。本文介紹幾種齒槽轉矩的測量方法。

1 杠桿測量法

如圖1所示，被測電動機不通電，手動拉動數字測力計，拉到杠桿滑動前瞬間的力的顯示值Fmax，乘以力臂長L，就是齒槽轉矩幅值(單峰幅值)。

杠桿測量法是一種非常簡單、直觀、易實現的測量方法，但是精度很難保證，所以常在測量要求精度不高或者條件受限時采用。測量時需注意幾點:(1)杠桿垂直向下起始測量(杠桿盡量輕);(2)手拉時，要盡量保持力F與力臂L垂直;(3)手拉要保持緩慢、平穩。

2 使用傳感器的動態測量方法

如圖2所示，被測電動機通過轉矩傳感器與制動器(例如磁粉制動器)相連，制動器加載，被測電動機穩速運轉，從轉矩測試儀直接測量轉矩瞬時值(圖3)，在測得的轉矩值中求得齒槽轉矩值。

這種測量方法測得的轉矩包含了被測電動機自身的齒槽轉矩、控制器控制引起的脈動轉矩(閉環控制運行條件下情況更為復雜)和負載引起的脈動轉矩。所以為了能得到最接近真實的齒槽轉矩，測試時需注意幾點:(1)要求負載自身的脈動轉矩要小(建議采用磁粉制動器);(2)要求傳感器系統的采樣速率要高(建議3 k以上)，能實現動態轉矩測量;(3)要求轉矩檢測儀器能夠進行數據處理。

3 使用步進電動機的靜態測量方法

如圖4和圖5所示，將步進電動機、轉矩傳感器和被測電動機固連在同一軸線上，通過控制脈沖數使步進電動機精確地將樣機轉子旋轉一定角度后，步進電動機利用自身的保持轉矩作為轉矩傳感器的一個固定端，這樣齒槽轉矩就作用在轉矩傳感器上，從測試儀可以直接讀出齒槽轉矩。

測量過程中還應該注意幾點:(1)由于大多數電動機的齒槽轉矩都比較小，為提高轉矩傳感器的測試精度，可以在被測電動機側增加一偏置重物，提高測試質量;(2)針對齒槽較多的被測電動機，步進電動機的步數應該足夠多;(3)為避免引入步進電動機運轉的波動，步數之間的間隔時間應該足夠長。

4 結語

齒槽轉矩的測量方法多樣，測試條件也相差很大，本文只介紹了幾種簡單易行的方法，所以使用本文所介紹的測量方法時，要保證測量條件，否則很難得到準確的測量值。

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