扭矩波動
關注創建者：HBK測試與測量 創建時間：2020-07-22
扭矩波動的視頻教程
扭矩波動的實例教程
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。</p><p>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。</p><p><strong>電機結構</strong></p><p>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，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。</p><p><br></p><p>考慮到激勵和電機結構會引發扭矩波動，因此您可以從這兩個特征出發減少扭矩波動。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。
展開 </p><p class="ql-align-center"><br></p><h2><strong>數據采集系統</strong></h2><p>測量扭矩波動不僅需要高質量傳感器，還需要必要的平臺和測量設備以便確保可靠測試以及記錄扭矩和其他所需信號。從平臺角度而言，測試過程中需要使用能夠<strong>嚴格控制速度</strong>并且<strong>抗干擾能力強的測功機</strong>，由此可以使測試點保持扭矩和速度。如果負載電機特別采用了低扭矩波動設計，那么將會最大限度降低外部因素對扭矩波動測量造成的影響。提高扭矩波動測量質量的方法有多種，包括使用較短的剛性扭轉軸，最大限度減少扭轉振動，以及在傳動系統中使用合適的、帶雙撓性板的耦合器。</p><p><br></p><p>扭矩傳感器是用于測量扭矩波動的主要元件。但實際上，結合測量電壓、電流、噪聲和振動，工程師可將扭矩波動與其來源聯系起來并表征其影響。因此，測試過程中還需要其他具有足夠帶寬和精度的傳感器才能滿足測試要求。同時此類傳感器還需要使用具有足夠帶寬和精度、能夠<strong>記錄各種信號數據的系統</strong>進行測量。此類測量設備的示例有很多，比如圖4中的HBM eDrive ，該設備能夠連續記錄電氣和機械信號的數據。相關信號種類很多，包括高精度定時器計數器通道信號，該信號用于精確測量頻率輸出扭矩傳感器。根據電壓、電流、扭矩、聲音和振動的時間同步信號，工程師可以識別問題、關聯數據以及驗證模型。
展開 </p><p><br></p><h2><strong>在汽車應用中扭矩波動會導致的不良影響</strong></h2><p>扭矩波動會影響車內駕駛員的聽覺感受和操作感受。究其原因在于，電機產生的扭矩波動會通過動力總成支架和懸架傳遞至車身。這些動態作用力輸入至車身后會引起噪聲、振動和抖動（低頻振動），這些問題都會被車內乘客所感知。為了將車輛與扭矩波動隔離，電機應在設計層面盡可能減少扭矩波動造成的影響，同時在設計電動機安裝策略和襯套速率時考慮扭矩波動問題。動態作用力演變為NVH問題的程度取決于車身的承載結構和空中靈敏度?分別對應為P/F和P/Q傳遞函數。</p><p><br></p><h2><strong>NVH 案例研究1</strong></h2><p><strong>模擬相同車輛使用不同電動機的情況</strong></p><p>利用先進的仿真工具可以量化扭矩波動對類似車體結構上接收器位置的影響。借助混合CAE-測試模型可以模擬扭矩波動引起的噪聲特性。該混合模型包含由此前在CAE中計算的安裝力和源強度以及測得的測試數據 - 用于在VI級NVH駕駛模擬器中創建可駕駛NVH模型。</p><p><br></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_jpg/0dOps7rIddrwJJQTERO0DIDX8zEYMaic5a94iah8pruFF7kbMh4z9WgcbDPjHGtGJ9t9ITfibFnr5pp7uaLZ7oiaSg/640?
展開 培訓內容
在電機轉動的過程中， 瞬時輸出扭矩隨時間不斷變化，但是卻 圍繞某一平均值上下 變動，這種現象就稱之為 扭矩脈動。電驅產品前期開發階段，時常遇到電機輸出扭矩波動或扭矩偏差的現象，導致一系列的 振動噪聲問題，同時也會限制了電機在 高精度位置以及 速度控制系統等一些方面的應用。
此次在線研討會將圍繞電機扭矩波動和高精度動態扭矩測量展開，包含以下內容：
扭矩高精度測量及帶寬影響
- 扭矩控制精度
- 扭矩階躍響應
扭矩波動的來源
整車運行環境對扭矩輸出的影響
扭矩波動測量
培訓時長
1小時
課程對象
從事電機研發及測試測量特別是電機測量領域的工程、技術、營銷、采購、管理人員；大中專院校相關專業師生。
主講講師簡介
李勇，2010加入HBM公司。現擔任HBK公司亞太區EPT銷售拓展經理。
金智煒，Manager - China IMS & SI。工科背景管理學碩士，IPMA認證IPMP，十余年傳感器儀器儀表行業技術和營銷經驗。
培訓時間
7月29日（周三）晚上 20:00-21:00
費用：免費
備注
培訓將通過網絡授課的方式進行，請自備具備上網條件的電腦
報名方式
點擊即刻報名；或長按識別下方二維碼進入報名。
展開 『至高』傳動精度
（無加工誤差、無摩擦下）0.1% 扭矩波動率，仍然還不是能達到的最高傳動精度，更進一步地提高傳動精度，需要考慮降低摩擦力對扭矩波動的影響。此外，加工誤差對傳動精度的影響，是可以被定量分析的。答主會將這些內容寫在之后的回答中。
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n=3515-29546" rel="noopener noreferrer" target="_blank">點擊這里，即可報名</a></p><h2><strong>會議內容</strong></h2><p>針對電動汽車電驅/電橋臺架測試中的常見故障與性能瓶頸，聚焦三類核心問題：效率測試結果大于100%、電磁干擾（EMC）、以及扭矩波動。
由圖中波形直觀對比可清晰觀察到：在采用諧波注入控制策略后，電機扭矩的穩態波動幅值（峰值 - 峰值，P-P）顯著減小，扭矩輸出的平滑性大幅提升；同時，針對預設目標抑制的特定諧波階次，其對應的扭矩脈動分量幅值得到明顯抑制，相較于無諧波注入工況，該階次扭矩脈動的峰值降幅顯著。
通常將轉向輸出軸角速度的波動率表達方向盤扭矩的波動程度，公式如下：
由仿真結果得出本模型轉向力矩波動率。
因為功率P=T?ω（T為扭矩，ω為角速度），在傳遞功率一定的情況下，角速度的波動必然引起扭矩的波動。
雙十字萬向節具有波動補償特性，為了減小單十字萬向節的波動特性，通常會采用雙十字萬向節。雙十字萬向節在布置理想的情況下（即中間軸與主、從動軸夾角相等且傳動軸兩端萬向節主、從動軸軸線處于同一平面內），可以使輸入軸和輸出軸的角速度相等。
因為功率P=T?ω（T為扭矩，ω為角速度），在傳遞功率一定的情況下，角速度的波動必然引起扭矩的波動。
雙十字萬向節具有波動補償特性，為了減小單十字萬向節的波動特性，通常會采用雙十字萬向節。雙十字萬向節在布置理想的情況下（即中間軸與主、從動軸夾角相等且傳動軸兩端萬向節主、從動軸軸線處于同一平面內），可以使輸入軸和輸出軸的角速度相等。
工程師需要通過扭矩傳感器測試扭矩波動，并通過分析扭矩諧波來識別潛在的共振頻率。再結合NVH測試分析結果發現并消除共振現象，確保有效定位和優化系統。
2）電機的基頻波動問題
電機驅動系統中的基頻波動問題也是推力臺測試中的一個難點。eVTOL飛行器的電機通常有輕量化需求，輕量化的電機電感較小，會導致基頻不穩定，這將不單單發生在高速高扭（高基頻）工況下。
圖3 標準測試界面包含碼表、波形、能量流向等
圖4 扭矩波動檢測與分析電流的關系
圖5 支持多信號同步測量
隨著低空經濟的快速發展，電機測試技術正朝著更高效、更智能的方向邁進。從電機的輕量化設計到控制器的實時優化，每一步創新都為低空經濟飛行器的普及鋪平了道路。
</p><p><br></p><p>通過本案例研究您可以深入了解徑向力與扭矩波動之間的關系在某些情況下，扭矩波動可產生與徑向力類似的噪聲。從圖8中可以看出，開關磁阻電機的聲響比感應電機更大。開關磁阻電機在約300rpm時扭矩波動噪聲大于齒輪噪聲。該示例解釋了扭矩波動的重要影響，在某些情況下扭矩波動的影響如何等于或大于徑向力，以及車輛的乘客如何感知其造成的影響。
<p><br></p><div contenteditable="false" width="100%">
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如果負載電機特別采用了低扭矩波動設計，那么將會最大限度降低外部因素對扭矩波動測量造成的影響。提高扭矩波動測量質量的方法有多種，包括使用較短的剛性扭轉軸，最大限度減少扭轉振動，以及在傳動系統中使用合適的、帶雙撓性板的耦合器。</p><p><br></p><p>扭矩傳感器是用于測量扭矩波動的主要元件。但實際上，結合測量電壓、電流、噪聲和振動，工程師可將扭矩波動與其來源聯系起來并表征其影響。
