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我的小慧慧 2022/05/17

齿槽转矩是什么？

在永磁电机中，即使当定子中没有电流通过，也会存在一个电磁转矩，我们管这个转矩叫做齿槽力矩（Cogging Torque）。

由于空气与铁芯的磁导系数不一样，空间磁场在气隙内的分布其实是不均匀的，存在切向和径向分量。那么当转子在空间旋转时，即便定子不通电，也会有一个力矩产生，就是齿槽力矩。具体表现为我们用手指轻轻的转动永磁电机的输出轴，会感觉到有“一格一格”的顿挫感。

·在磁极与铁心垂直的位置（0°和180°）磁阻最大，转矩为0，称之为“不稳定的平衡点”；

·在磁极与铁心正对的位置（90°和270°）磁阻最小，转矩为0，称之为“稳定的平衡点”，如果没有较大负载施加的话，转子可以永久保持在这个位置；

·在两个平衡点之间，磁阻转矩非线性变化，最大值一般是在趋近于定子齿的某一位置；

一块永磁体经过一个定子槽，齿槽转矩波动一次。永磁电机转子旋转一周，齿槽转矩一共波动NL次。NL是电机极数Np和槽数Ns的最小公倍数。

齿槽转矩有哪些影响？

首先，由于齿槽转矩的存在，电机转子总是倾向于停留在固定的位置，所以对电机的控制精度会产生影响，其次，齿槽转矩是一种周期性的转矩波动，会引起额外的转矩波动，而波动就会产生噪声，对电机的噪声也会有影响。

如何削弱齿槽转矩

1.从定子设计角度来削弱齿槽转矩

电机齿槽转矩大小随着槽口宽度呈周期性变化，如下图所示：

理论上讲，只要槽口与定子槽距的比值bs满足sin(bsπNL/Ns)=0，即可削弱齿槽转矩。NL是电机槽数与极数的最小公倍数。以8极9槽为例，NL=72，Ns=9，需要满足8bs=k时，所以，bs可取0,1/8,2/8,3/8…8/8。能够满足齿槽转矩为0。实际上，bs要略大于理论值，需要做仿真，细细体会。

然而，对于整数槽电机，其NL/Ns=1，不能用此方法来削弱齿槽转矩，bs越小，电机的齿槽转矩越小。

2. 从永磁体设计来削弱齿槽转矩

电机齿槽转矩也会随着极弧系数的选取发生变化。如下图所示：

理论上讲，只要转子极弧系数αp满足下式，即可削弱齿槽转矩。Np为电机的极数。

仍以8极9槽为例，NL/NP=9，所以极弧系数可取1/9,2/9,3/9…1。但为了提高材料利用率，αp一般取较大值。

实际中，极弧系数取αp+（0.01-0.03）削弱齿槽转矩效果更佳。

3. 从极槽配合选取来削弱齿槽转矩

同规格电机，NL越大，电机的齿槽转矩越小。

NL相同时，Ns越小，齿槽转矩越小。

Np相同时，Ns越大，齿槽转矩越小。

总结

本文简单介绍了齿槽转矩是什么。是怎么产生的、会带来哪些影响，并给出了最容易实现的三种削弱齿槽转矩的方法：定子槽口宽度设计、转子极弧系数选取以及电机极槽配合的选取。当然，还有许多其它的方法，比如定子斜槽、转子斜极、不等槽口、不等极弧系数等等。