淺談無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)向脈動(dòng)

出于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面的考慮，電動(dòng)汽車(chē)（EV）成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，試圖提出減少燃油消耗的解決方案。電機(jī)是任何電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)鏈中最重要的部分之一，在這方面，與其他類(lèi)型的電機(jī)相比，無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)具有許多優(yōu)勢(shì)，因此前景十分廣闊。無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)具有重要的轉(zhuǎn)矩密度，重量輕，氣隙磁通密度高，加速度大，效率高和強(qiáng)大的功率重量比的特點(diǎn)。

無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的有刷直流電機(jī)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此，在市場(chǎng)上和運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用中得到了迅速的采用。維護(hù)更少，運(yùn)行速度更快，結(jié)構(gòu)更緊湊，電氣噪聲更少，更好轉(zhuǎn)矩重量比。盡管有這些好處，但BLDC電機(jī)的成本仍高于傳統(tǒng)的DC電機(jī)，因?yàn)樗鼈冃枰姍C(jī)驅(qū)動(dòng)控制器（用于電子換向）和轉(zhuǎn)子位置傳感器。

無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，但它們具有局限性，一個(gè)主要問(wèn)題是齒槽轉(zhuǎn)矩，它會(huì)引起轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和非正弦反電動(dòng)勢(shì)，易于出現(xiàn)扭矩脈動(dòng)，這些脈動(dòng)會(huì)引起噪聲和振動(dòng)，嚴(yán)重限制了系統(tǒng)的性能，特別是在高精度和高穩(wěn)定度應(yīng)用中。 在高速應(yīng)用中，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)可以被負(fù)載的慣性濾除，在低速時(shí)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最明顯，這會(huì)極大地限制性能。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是由無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)和PWM驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)引起的，包括電機(jī)中的幾何缺陷，換向不精確，電流驅(qū)動(dòng)的保真度。波形，相位延遲，摩擦和電機(jī)中的磁滯，可以通過(guò)更好的電機(jī)設(shè)計(jì)或使用更好的驅(qū)動(dòng)器控制器來(lái)減少這些扭矩竄動(dòng)。

轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分為兩大類(lèi)：齒槽轉(zhuǎn)矩和換向轉(zhuǎn)矩，齒槽轉(zhuǎn)矩是由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)定子槽的開(kāi)口而導(dǎo)致的磁阻變化而產(chǎn)生的。齒槽轉(zhuǎn)矩可通過(guò)改變電機(jī)設(shè)計(jì)來(lái)減少，例如定子槽的偏斜，選擇分?jǐn)?shù)槽/極電機(jī)設(shè)計(jì)或選擇相對(duì)于槽螺距的磁體寬度。定子疊片的傾斜是減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的有效方法，使用了帶有封閉槽口的無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)相同的尺寸和規(guī)格，包括定子疊片的偏斜技術(shù)，通常的做法是選擇與定子槽間距相稱(chēng)的偏斜角，選擇盡可能大的齒槽轉(zhuǎn)矩的最佳偏斜角。

換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是由變頻器的PWM逆變器引起的并且是由于電流遲滯或逆變器產(chǎn)生高頻電流紋波，在換相期間，當(dāng)一個(gè)相關(guān)閉時(shí)，另一相打開(kāi)，各個(gè)相電流的上升和下降速率不相等。因此，在換相期間由兩個(gè)電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩相位添加一個(gè)完全勵(lì)磁的轉(zhuǎn)矩值，這將允許在換向間隔內(nèi)產(chǎn)生平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩。

為了最小化換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，需要改進(jìn)BLDC驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中使用了幾種方法來(lái)最小化換向轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。一種方法是添加電感電容（L-C）濾波器，以“減少逆變器輸出到電機(jī)的高頻分量。降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵因素是通過(guò)調(diào)整繞組的導(dǎo)通相位以使其適當(dāng)補(bǔ)償來(lái)消除轉(zhuǎn)矩諧波。還有其他四種方法可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的降低：（1）使用直接轉(zhuǎn)矩控制， （2）動(dòng)態(tài)改變輸入電壓，（3）添加扭矩估計(jì)電路，以及采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和主動(dòng)干擾抑制控制。

結(jié)論：

BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)不僅克服了成本問(wèn)題，而且還提供了傳統(tǒng)DC電動(dòng)機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的性能，無(wú)需轉(zhuǎn)子位置反饋傳感器的實(shí)現(xiàn)是BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中可以節(jié)省成本的最新趨勢(shì)之一。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中PWM開(kāi)關(guān)策略的變化有望消除與轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相關(guān)的問(wèn)題。 BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的另一個(gè)主要趨勢(shì)是將BLDC電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備集成到一個(gè)封裝中，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)，最小化互連電纜，降低噪聲并解決電機(jī)驅(qū)動(dòng)器兼容性問(wèn)題。

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