在不同文獻(xiàn)中,定位力矩有不同名稱,如齒槽定位力矩、齒槽轉(zhuǎn)矩、磁阻轉(zhuǎn)矩等,國(guó)外文獻(xiàn)均稱為Coggingtorque。定位力矩是永磁電機(jī)的固有現(xiàn)象,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(chǎng)同電樞鐵心的齒槽作用在圓周方向產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩,又稱齒槽定位力矩。它的產(chǎn)生來自于永磁體與電樞齒之間的切向力,使永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子有一種沿著某一特定方向與定子對(duì)齊的趨勢(shì),由此趨勢(shì)產(chǎn)生的一種振蕩轉(zhuǎn)矩。它僅與轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)尺寸、定子齒槽的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān),而與繞組如何放置在槽中和各相繞組中饋入多少電流等因素?zé)o關(guān)。定位力矩對(duì)電機(jī)性能的影響,在于定位力矩會(huì)使電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng),使電機(jī)不能平穩(wěn)運(yùn)行,影響電機(jī)的性能。同時(shí)使電機(jī)產(chǎn)生不希望的振動(dòng)和噪聲(減速機(jī)噪聲源剖析及應(yīng)對(duì)措施)。在變速驅(qū)動(dòng)中,當(dāng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)頻率與定子或轉(zhuǎn)子的機(jī)械共振頻率一致時(shí),定位力矩產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲將被放大。 定位力矩的存在同樣影響電機(jī)在速度控制系統(tǒng)中的低速性能和在位置控制系統(tǒng)中的高精度定位,隨著性能更好的永磁體的日益廣泛使用,定位力矩的問題更加突出。電磁場(chǎng)的分析和計(jì)算通常歸結(jié)為求微分方程的解。對(duì)于常微分方程,只要由輔助條件決定任意常數(shù)之后,其解就是唯一的。對(duì)于偏微分方程,使其解成為唯一的輔助條件可分為兩種:一種是表達(dá)場(chǎng)的邊界所處的物理情況,稱為邊界條件;另一種是確定場(chǎng)的初始狀態(tài),稱為初始條件。邊界條件和初始條件合稱為定解條件。目前,電機(jī)電磁場(chǎng)問題主要研究的是沒有初始條件而只有邊界條件的定解問題--邊值問題。 由于齒槽的存在,使永磁體與所對(duì)著的電樞表面間的氣隙磁導(dǎo)不均勻,產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩,引起電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),在電機(jī)繞組沒有通電的時(shí)候依然存在,也稱為定位力矩。定位力矩會(huì)引起振動(dòng)和噪聲,在某些要求電機(jī)工作有良好的平穩(wěn)性的應(yīng)用場(chǎng)合,對(duì)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)有一定的限制。因此精確計(jì)算齒槽轉(zhuǎn)矩,研究減小定位力矩的措施具有重要意義。定位力矩的計(jì)算方法為,令電樞電流為零,只有永磁勵(lì)磁作用,在不同的轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行電磁場(chǎng)有限元計(jì)算,求得定位力矩隨轉(zhuǎn)子位置的變化規(guī)律。 電磁場(chǎng)作用力粗略地跟磁通密度的平方成正比,通過改變開口槽的形狀可以降低定位力矩。對(duì)于齒槽轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生,定子槽開口引起的氣隙磁導(dǎo)變化是一個(gè)重要因素。許多技術(shù)都是針對(duì)減小氣隙磁導(dǎo)變化或建議至少改善氣隙磁導(dǎo)的諧波頻譜,其中最直觀的方法是減小定子槽開口寬度或采用磁性槽楔。此種方法同樣使定子結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。更進(jìn)一步,在一些特殊應(yīng)用的場(chǎng)合或?qū)τ谔厥鈽?gòu)造的電機(jī)(如盤式電機(jī))可采用無槽定子結(jié)構(gòu),這樣有利于從根本上消除齒槽轉(zhuǎn)矩。對(duì)無開口槽電樞,定位力矩也為零。減小定子槽開口寬度會(huì)增加嵌入繞組難度。 定位力矩主要是由磁極和定子槽口之間的相互作用引起的,因此減小開口槽寬度能夠有效地抑制定位力矩。 從有限元的仿真結(jié)果可知對(duì)24槽4極電機(jī),電樞槽開口寬度越小,定位力矩越小。可見,減小定子槽口寬度,可以有效地抑制定位力矩。