傾斜齒槽設計可以有效減少永磁電機的80%齒槽轉矩脈動

齒槽轉矩（Cogging torque）也稱為齒形轉矩或無電流力矩，是永磁馬達的轉子磁鐵和定子齒槽之間產生的力矩，在定子沒有電流時就會出現。簡單的說，就是因為電機內部磁場分布導致的磁阻力，齒槽轉矩與轉子位置有關，隨著轉子位置會有周期性的變化，也與旋轉規則和定子齒槽、轉子磁鐵個數有關。齒槽轉矩是當轉子齒側與電機內定子齒側對齊時產生的，我們可以認為永磁電機既有磁路又有電路，當轉子和定子的齒槽對齊時，磁路中的“電阻”是最低的，下圖為電機旋轉時的電磁線路變化。

齒槽轉矩的危害

齒槽轉矩是一些永磁電機設計中不理想的特性，它在步進電機中也被稱為“止動”或“無電流”轉矩。齒槽轉矩在低速時會很明顯，會讓電機的運轉不平順，是電機的運作不希望出現的特性。齒槽轉矩會影響電機轉矩，也會影響速度波形，若在高速運轉時，齒槽轉矩的影響會因為電機慣量的濾波而變小。附加振動、噪音和更復雜的起動在這種情況下，設計會變得很難。

齒槽效應

當我們轉動一個無動力的電機軸（例如用手指）時，你可以感覺到它從當前點“跳躍”到另一個點“沉淀”。這些跳躍中所經歷的扭矩是脫離當前轉子/定子對中并進入下一個轉子/定子對中所需的扭矩。當驅動時，電機的齒槽轉矩是不可取的，特別是在低速時，因為它會引起電機的輸出轉矩脈動。在更高的轉速下，轉子的慣性會使波紋平滑，使其不那么明顯，可以在下圖中看到齒槽轉矩的脈動。

當電機反向驅動時，齒槽也會產生相應的變化轉矩，在（非齒輪）定位系統中，由于轉子傾向于鎖定在電機轉子和定子對齊的位置，齒槽也會影響定位精度。

齒槽解決方法

有許多方法可以減少齒槽，但幾乎所有的方法都是通過改變電機的設計，大多采用優化磁體尺寸，定子槽或磁鐵歪斜，改變定子開槽寬度等。由于齒槽轉矩取決于機器的幾何參數，因此，減少扭矩是機械設計的主要任務。

在定子磁場，轉子中沒有永久磁路元件，這意味著不存在轉子和定子磁路不對準的情況。另一種方法是增加電動機使用的極數，7極電機的齒槽轉矩比3極電機低，齒槽位置之間的夾角較小。高轉矩多極電機的一個有用的方法是“傾斜槽”，如圖下所示。這些電機也被稱為“扭曲槽”電機，但這種齒槽的減少是有代價的，扭槽電機效率較低。因為每個轉子槽的端部與定子槽重疊，這意味著驅動時磁場相互作用的區域較?。ㄟ@也是降低齒槽的原因）。

定子槽或轉子極的傾斜，意思是歪斜定子（轉子）鐵心一側偏離中心軸產生幾度的夾角，傾斜允許消除齒槽轉矩或將其減至最小。然而，偏斜使生產過程復雜化，它提高了產品的最終價格。槽的歪斜也可能使電樞組復雜化卷繞，減少槽的有效面積，增加導線長度。為了使轉子的磁極傾斜，我們需要形狀復雜的磁鐵，因此會增加設計成本。

開槽量寬度減小會使齒槽轉矩脈動減小，寬度開口的大小受到定子槽中的繞組影響。如果槽開口寬度等于極間距離，會進一步降低齒槽轉矩脈動的可能性，下圖為沒有傾斜槽的轉子。

最后一種更先進的方法是可以用于帶有編碼器的電機，從編碼器可以調制電流驅動到電機，以補償一些齒槽轉矩波動，并用電子驅動技術使其平滑。

結論

齒槽轉矩對一個對電機轉動是有害的，但在許多應用程序中，它并不存在任何重大問題。如果齒槽脈動影響到我們電機的使用，最快的方法是轉移到無刷電機方案上。如果無刷電機設計不能滿足應用環境，我們可以采用一些更先進的技術（例如，降低電機的扭矩密度）。使用定子槽傾斜，同時齒槽開口等于極間距離，能有效地解決齒槽轉矩脈動的80%。

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