什么是扭矩波動

扭矩通常可以理解為一種直流量，但實際上其存在頻率分量。具體而言，電動機內部扭矩對應有直流平均值，該值呈現(xiàn)周期性偏移特性。而偏移的頻率對應為轉速和幅度的函數(shù)，幅度對應為直流值的百分比。圖1為扭矩波動示例，其中平均扭矩為直流值，但高帶寬扭矩存在約+-2Nm的波動。雖然這看似并非嚴重問題，但該波動頻率較高，可能導致各種不良后果，包括可聽見的噪聲、結構振動和齒輪疲勞。若要減少扭矩波動，我們需要了解扭矩波動的來源，包括電激勵、電機結構、機械共振、對準度和負載。

圖1 轉矩波動示例

扭矩波動的來源和影響

電機電激勵

由于電機的扭矩會隨電流變化而變化，因此電機電激勵會引發(fā)扭矩波動。這里以最極端的例子單相電動機為例，其內部存在兩倍于基頻的周期性扭矩和零扭矩。通過增大相位，可以消除零交叉點和波動幅度，但由此會增加頻率。標準電動機有三個相，這種設計可以有效減少扭矩波動，但不會將其完全消除。

由于扭矩由正弦激勵產生，而由該激勵產生的扭矩波動與電信號有著相同頻率，這意味著隨著轉速增加，扭矩波動的頻率也會隨之增大。此外，由于激勵并非完美的正弦波，因此還存在其他扭矩波動要素。時常以高頻率運行的逆變器和電機繞組會影響電流的分布。因此，這些問題會引起額外的扭矩波動。

電機結構

結構也是影響扭矩波動的一個因素。在所有電機中，扭矩波動均由電機繞組所引發(fā)，而且每種類型的電機都會形成扭矩波動，繼而促使轉子磁體與定子金屬鐵相互作用。在感應電機中，扭矩波動幅度較小，并且通過傾斜轉子條可以控制扭矩波動。隨著永磁電機利用率的提高，除了需要考慮繞組函數(shù)和傾斜度外，還需要考慮磁體對轉子的影響。轉子上的磁體會吸引定子上的金屬鐵，當電動機旋轉時，磁體會吸引定子上的各個齒。由于轉子磁體和定子槽數(shù)量固定，因此扭矩波動也與轉速成正比。由于電機轉速原因引發(fā)高振幅和潛在高頻率時，將難以表征和減少永磁體的扭矩波動。

考慮到激勵和電機結構會引發(fā)扭矩波動，因此您可以從這兩個特征出發(fā)減少扭矩波動。通過采用不同結構型式和不同類型的電動機控制方式可以減小扭矩波動。車內信息反饋和逆變器技術的發(fā)展使我們能夠采用有效手段減少扭矩波動。為了驗證減少扭矩波動方法的有效性，工程師需要通過測量來檢驗其設計。

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