經(jīng)驗(yàn)分享：齒槽轉(zhuǎn)矩測試的必要性和方法

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　　玩過永磁電機(jī)的朋友都有過類似的經(jīng)歷：我們在電機(jī)掉電的情況下去轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，發(fā)現(xiàn)會有一種卡頓的感覺，而不像傳統(tǒng)直流電機(jī)那么順暢的就能把轉(zhuǎn)子徒手轉(zhuǎn)起來。這種卡頓其實(shí)就是因?yàn)橛来烹姍C(jī)存在齒槽轉(zhuǎn)矩。永磁電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，齒槽轉(zhuǎn)矩是永磁電機(jī)的固有的特征之一，它是在電樞繞組不通電的狀態(tài)下，由永磁體產(chǎn)生的磁場同電樞鐵心的齒槽作用在圓周方向上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。它其實(shí)是永磁體與電樞齒之間的切向力，使永磁電動機(jī)的轉(zhuǎn)子有一種沿著某一特定方向與定子對齊的趨勢，試圖將轉(zhuǎn)子定位在某些位置，由此趨勢產(chǎn)生的一種振蕩轉(zhuǎn)矩就是齒槽轉(zhuǎn)矩。

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　　圖1 永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

　　齒槽轉(zhuǎn)矩會使電機(jī)產(chǎn)生振動和噪聲，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動，使電機(jī)不能平穩(wěn)運(yùn)行，影響電機(jī)的性能。在變速驅(qū)動中，當(dāng)轉(zhuǎn)矩脈動頻率與定子或轉(zhuǎn)子的機(jī)械共振頻率一致時，齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的振動和噪聲將被放大。齒槽轉(zhuǎn)矩的存在同樣影響了電機(jī)在速度控制系統(tǒng)中的低速性能和位置控制系統(tǒng)中的高精度定位。所以做永磁電機(jī)研發(fā)的工程師希望把自己做的電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩降到最小，使用永磁電機(jī)的工程師則希望了解手上這臺電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，從而去優(yōu)化他的控制算法。

　　在國標(biāo)GBT/ 30549-2014里對齒槽轉(zhuǎn)矩的測試有了明確的定義：電機(jī)繞組開路時，電機(jī)回轉(zhuǎn)一周內(nèi)，由電樞鐵心開槽，有趨于最小磁阻位置的傾向而產(chǎn)生的周期性力矩。齒槽轉(zhuǎn)矩的測試方法常用的有：杠桿測量法、轉(zhuǎn)矩儀法。杠桿測量法比較簡單，測量精度比較差，所以主要用于對精度要求不高的場合。轉(zhuǎn)矩儀法架構(gòu)圖如圖2所示，由于伺服電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩非常小，所以測試時需要以一個非常低的轉(zhuǎn)速來帶動未上電的被測電機(jī)來完成測試，原動機(jī)輸出后要先經(jīng)過減速系統(tǒng)，將轉(zhuǎn)速降至1rpm/min左右，然后帶動被測電機(jī)進(jìn)行測試，用扭矩傳感器測試出齒槽轉(zhuǎn)矩。在測試過程中需要處理好原動機(jī)和傳動系統(tǒng)本身轉(zhuǎn)矩波動使得輸出的轉(zhuǎn)速扭矩更加平滑，以減小傳動系統(tǒng)的扭矩波動對測試結(jié)果的影響。

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　　圖2 齒槽轉(zhuǎn)矩臺架架構(gòu)

　　致遠(yuǎn)電子憑借在電機(jī)測量領(lǐng)域的深入理解和長久的技術(shù)積累，推出了專用于電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩和摩擦力矩測試的測試臺架。國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》后，各地紛紛吹起了伺服機(jī)器人智能制造的東風(fēng)，意在突破機(jī)器人本體、減速器、伺服電機(jī)、控制器、傳感器與驅(qū)動器等關(guān)鍵零部件及系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)制造等技術(shù)瓶頸。致遠(yuǎn)電子長久以來專注伺服電機(jī)動態(tài)測試，在控制時間響應(yīng)、階躍響應(yīng)、頻帶寬度試驗(yàn)等測試上擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，齒槽轉(zhuǎn)矩測試臺的推出更是助力伺服電機(jī)的測試進(jìn)入一個更全面的時代。

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　　圖 3 致遠(yuǎn)電子齒槽轉(zhuǎn)矩測試臺