直流無(wú)刷電機(jī)抑制電磁轉(zhuǎn)矩原理性轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的途徑包括改進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)和采取合適控制策略兩個(gè)方面。

(1)優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)法

直流無(wú)刷電機(jī)的磁極形狀、極弧寬度、極弧邊緣形狀對(duì)輸出電磁轉(zhuǎn)矩都有很大的影響。通過選擇合理的電機(jī)磁極形狀或極弧寬度，以及定子繞組的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使反電動(dòng)勢(shì)波形盡可能接近理想波形，來降低電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。例如，對(duì)表面粘貼式磁鋼結(jié)構(gòu)的電機(jī)。常采用向充磁而使氣隙磁通密度更接近方波。又如，為了增加無(wú)刷直流電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的平頂寬度,可采用整距集中繞組(q=1)等方法。

通過電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以適當(dāng)降低電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，但由于電機(jī)繞組的電感存在，即使電機(jī)采用恒流源供電，在換流過程中電流不能突變，流入定子繞組的電流波形還不可能是方波。另外，對(duì)于實(shí)際電機(jī)，氣隙磁場(chǎng)很難保持理想的方波分布，繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形更難以達(dá)到理想的梯形波，這樣就無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全從電機(jī)設(shè)計(jì)上消除電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。因此，只能通過控制手段來抑制轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。

(2)最佳電流法

一種解決方法就是采用控制方法尋找最佳的定子電流波形來消除轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。同時(shí)，這種最佳電流法也能消除齒槽轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。但是，最佳電流法需要對(duì)反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行精確測(cè)定，而反電動(dòng)勢(shì)的實(shí)時(shí)檢測(cè)比較困難。目前較多采用的方法是對(duì)反電動(dòng)勢(shì)離線測(cè)量，然后計(jì)算出最優(yōu)電流進(jìn)行控制。因?yàn)槭孪刃枰x線測(cè)量，所以其可行性就大大降低。

(3)最佳開通角法

采用最佳開通角的方法抑制電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，即先推導(dǎo)出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)與開通角之間的函數(shù)關(guān)系式，再求取電流最優(yōu)開通角，使電流波形和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形的配合適當(dāng)，從而達(dá)到削弱轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的目的。

(4)諧波消去法

諧波消去法是通過控制電流的諧波成分來消除轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的方法。直流無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)中電流或反電動(dòng)勢(shì)含有諧波成分時(shí)，根據(jù)測(cè)得的或計(jì)算得的各次轉(zhuǎn)矩諧波成分，即可求解出最佳電流波形的各次諧波，繼而得到最佳電流波形，以此作為相電流參考信號(hào)，以消除反電動(dòng)勢(shì)諧波產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是由相電流和反電動(dòng)勢(shì)相互作用的原理，適當(dāng)選取電流諧波成分(5次、7次)，消除了六次、十二次諧波轉(zhuǎn)矩(諧波轉(zhuǎn)矩中主要部分)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，諧波消去法的作用是有限的，只可以把轉(zhuǎn)矩波動(dòng)消除到某一程度。確定最佳諧波電流的難度是很大的，這也使得諧波消去法的應(yīng)用受到了限制。

(5)轉(zhuǎn)矩反饋法

諧波消去法是一種開環(huán)控制方法，當(dāng)存在繞組阻抗不對(duì)稱和所測(cè)電流有誤差等干擾時(shí)，控制精度將會(huì)受到影響。為了克服開環(huán)控制方法的缺點(diǎn)，人們提出了從反饋角度考慮抑制轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的方法，即以轉(zhuǎn)矩為控制對(duì)象，進(jìn)行閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)矩反饋法的基本原理是根據(jù)位置和電流信號(hào)通過轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器得到轉(zhuǎn)矩反饋信號(hào)，再通過轉(zhuǎn)矩控制器控制直流無(wú)刷電機(jī)的主電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)控制，從而消除轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。但是，轉(zhuǎn)矩反饋法結(jié)構(gòu)較為繁雜，需預(yù)先確定電機(jī)參數(shù)，且算法復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來比較困難。

(6)簡(jiǎn)易正弦波電流驅(qū)動(dòng)

直流無(wú)刷電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)波形一般為梯形波，但在實(shí)際應(yīng)用中，為了消除齒槽轉(zhuǎn)矩，常采用斜槽、分?jǐn)?shù)槽、合理設(shè)計(jì)磁極形狀和充磁方向等措施，這些措施往往使得電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)波形更接近正弦波。對(duì)于這類電機(jī)，采用正弦波電流驅(qū)動(dòng)比采用120°導(dǎo)通型三相六狀態(tài)方波驅(qū)動(dòng)更有利于減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。但是傳統(tǒng)的正弦波驅(qū)動(dòng)的電流控制方法，不僅控制算法復(fù)雜，而且大都需要高分辨率的位置傳感器，這就導(dǎo)致體積和成本都大大増加，在一些特殊的場(chǎng)合無(wú)法使用。針對(duì)反電動(dòng)勢(shì)波形接近正弦的直流無(wú)刷電機(jī)，提出一種基于六個(gè)離散位置信號(hào)的自同步 SVPWM控制方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法與傳統(tǒng)的120°導(dǎo)通控制方式相比，可以在不損失平均電磁轉(zhuǎn)矩的條件下，有效地抑制電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。

• 直流無(wú)刷電機(jī)：產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的原因
• 常用永磁材料在永磁直流無(wú)刷電機(jī)中的應(yīng)用