許多應用在相對較低的電機轉(zhuǎn)速下需要較高的轉(zhuǎn)矩并平穩(wěn)運動，例如EO/IR（光電/紅外）系統(tǒng)。EO/IR成像被廣泛用于各種安全、監(jiān)控場景中，這些應用場景要求系統(tǒng)能在所有光照條件下提供情境意識和目標定位，并且必須獲取和保持絕對穩(wěn)定的圖像，同時要能夠抵消由于加減速移動、振動、沖擊、空氣湍流等不可預知力造成的運動。
01 技術(shù)困境
對于任何必須滿足類似要求的應用，工程師都會面臨兩難困境，而且這種困境經(jīng)常會因為對電機技術(shù)和功能不夠深入了解而變得更加復雜。使用帶開槽疊片設計的傳統(tǒng)無刷電機可提供優(yōu)秀的可用轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩密度，然而，這些電機固有的齒槽轉(zhuǎn)矩特性可能會影響低速運行的平穩(wěn)性。無槽電機則不受齒槽轉(zhuǎn)矩的影響，但它們在通電時仍可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩波動，并且無法提供與傳統(tǒng)電機相同的單位體積轉(zhuǎn)矩。
那么，該如何實現(xiàn)在較低電機轉(zhuǎn)速下獲得較高的轉(zhuǎn)矩并平穩(wěn)運動呢？快隨小科一起進入今日的知識小課堂，從相關(guān)概念入手，一探究竟吧！
02 齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動
齒槽轉(zhuǎn)矩
齒槽轉(zhuǎn)矩主要是由安裝在轉(zhuǎn)子上的永磁體與定子疊片齒槽之間的吸引力引起的。當轉(zhuǎn)動傳統(tǒng)無刷電機的電機軸時，可以感覺到齒槽效應是一種間歇性的“抖動”運動。無槽電機則沒有這種特性。在未通電狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子可以自由旋轉(zhuǎn)，因為永磁體不會被非磁性定子線圈吸引。
轉(zhuǎn)矩波動
轉(zhuǎn)矩波動是通電電機中轉(zhuǎn)子在整個旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的不均勻轉(zhuǎn)矩，它是由電磁場變化以及轉(zhuǎn)子與定子間的電磁場相互作用變化所引起的。而這些變化是由傳統(tǒng)電機中的齒槽轉(zhuǎn)矩導致的。
在傳統(tǒng)電機中，齒槽轉(zhuǎn)矩會影響轉(zhuǎn)矩波動。同時，所有電機（包括無槽電機）都會有轉(zhuǎn)矩波動，這主要是由電樞反應導致，而不是齒槽效應。電樞反應會造成電磁波形的諧波失真，從而導致無槽電機中的轉(zhuǎn)矩波動。在低速應用中，無論是使用傳統(tǒng)電機還是無槽電機，轉(zhuǎn)矩波動都會導致被驅(qū)動負載出現(xiàn)不必要的波動。對于平穩(wěn)運動至關(guān)重要的低速應用，這是整個系統(tǒng)設計中需要解決的重要問題。
了解了兩個關(guān)鍵的技術(shù)概念，接下來讓我們再來看看如何做電機設計的選擇。
03 傳統(tǒng)開槽疊片設計 OR 無槽設計
你可能會認為無槽電機沒有齒槽轉(zhuǎn)矩是上訴類型應用的理想特性。但是齒槽轉(zhuǎn)矩通常并不作為伺服電機的規(guī)格參數(shù)。電機通電狀態(tài)下的行為是最重要的影響因素。
因此，傳統(tǒng)的無刷電機通常是更好的選擇。對于相同尺寸的電機，傳統(tǒng)的開槽疊壓電機可提供更高的單位體積轉(zhuǎn)矩，這對于許多應用所需的低轉(zhuǎn)速（通常低于500 rpm）尤為重要。同時，相比于同等尺寸的無槽電機，傳統(tǒng)電機產(chǎn)生的恒定轉(zhuǎn)矩和峰值轉(zhuǎn)矩要大得多。
關(guān)鍵的概念和電機技術(shù)選擇方式已經(jīng)掌握，那么優(yōu)化系統(tǒng)性能的方法就變得清晰明了。
04 減少轉(zhuǎn)矩波動
1. 通過改裝電機
由于齒槽轉(zhuǎn)矩會導致轉(zhuǎn)矩波動，因此通過改裝電機來降低齒槽轉(zhuǎn)矩是一種方法。然而，這些設計變動將或多或少地減小轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩密度，并且不能完全消除齒槽轉(zhuǎn)矩。
2. 通過相關(guān)算法
高分辨率反饋、高帶寬控制回路和先進的負載干擾消除驅(qū)動算法可以消除大部分轉(zhuǎn)矩波動。在整個轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中施加到負載的轉(zhuǎn)矩/力的高分辨率反饋信號可以與驅(qū)動器的命令信號疊加，以消除轉(zhuǎn)矩波動的影響，并保持平穩(wěn)的加速度和速度。同樣，在速度和/或位置環(huán)模式下運行時，速度環(huán)可以通過將電機的反饋信號與其命令信號疊加來抑制轉(zhuǎn)矩波動。
3. 二者聯(lián)合使用
通過選擇適合應用的正確電機技術(shù)，以及在適當?shù)臅r候使用改進的電機設計和應用控制技術(shù)來減少轉(zhuǎn)矩波動，幾乎可以在任何應用中實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩密度與平穩(wěn)性的正確平衡，從而實現(xiàn)優(yōu)異的系統(tǒng)應用性能！