造成直流無刷電機轉(zhuǎn)矩波動有多方面的原因，可以分為以下幾個方面：電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理引起的轉(zhuǎn)矩波動、電流換相引起的轉(zhuǎn)矩波動、齒槽效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩波動。此外，還有電樞反應(yīng)和電機工藝缺陷引起的轉(zhuǎn)矩波動等。分述如下:

1、非理想反電動勢波形引起原理性電磁轉(zhuǎn)矩波動

從工作原理看正弦波驅(qū)動是一種高性能的控制方式，電流是連續(xù)的、三相正弦波交流電流與三相繞組中的三相正弦波反電動勢共同作用產(chǎn)生光滑平穩(wěn)的電磁轉(zhuǎn)矩。理論上可獲得與轉(zhuǎn)角無關(guān)的均勻輸出轉(zhuǎn)矩，良好設(shè)計的系統(tǒng)可做到3%以下的低紋波轉(zhuǎn)矩。而方波驅(qū)動定子磁場是非連續(xù)、步進式旋轉(zhuǎn)，從電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理就決定了直流無刷電機轉(zhuǎn)矩波動比正弦波驅(qū)動要大許多。盡管在反電動勢為梯形波，平頂寬度120°電角度，定子電流為方波的理想情況下，不考慮換相過程時，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩將為恒值，理論上沒有轉(zhuǎn)矩波動。但在實際電機，由于設(shè)計和制造方面的原因，很難做到反電動勢為平頂寬度120°電角度的梯形波；實際上，大多數(shù)直流無刷電機的反電動勢波形都不可能是梯形波，而更接近于正弦波；這樣，電流波形也就必然偏離方波，這些非理想情況都會導致其電磁轉(zhuǎn)矩存在原理性波動。

2、換相引起的轉(zhuǎn)矩波動

直流無刷電機工作時，定子繞組按一定順序換相。即使在符合反電動勢為平頂寬度120°電角度梯形波，定子電流為方波的理想情況下，由于相繞組存在電感，在每兩個狀態(tài)之間存在一個換相時段，電樞繞組中的電流從某一相切換到另一相時有一個過渡過程，電流變化的滯后使換相期間產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩存在明顯的波動，稱為換相轉(zhuǎn)矩波動。

3、齒槽效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩波動

當直流無刷電機定子鐵心有齒槽時，由于定子齒糟的存在，氣隙不均勻，使氣隙磁導不是常數(shù)。當轉(zhuǎn)子處于不同角度時，氣隙磁場就要發(fā)生變化，產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩。齒槽轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，因而引起轉(zhuǎn)矩波動。齒槽轉(zhuǎn)矩是水磁電機的固有特性，在電機低速輕載運行時，齒槽轉(zhuǎn)矩將引起明顯的轉(zhuǎn)速波動，并產(chǎn)生振動和噪聲。因此，如何削弱齒槽轉(zhuǎn)矩是永磁電機設(shè)計中較為重要的目標之。

齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原因與前述兩種引起轉(zhuǎn)矩波動的原因不同。前述兩種引起轉(zhuǎn)矩波動的原因均在于定子電流與轉(zhuǎn)子磁場的相互作用，而齒槽轉(zhuǎn)矩是由定子鐵心與轉(zhuǎn)子磁場相互作用產(chǎn)生的。消除齒槽效應(yīng)最好的方法就是采用無槽電機結(jié)構(gòu)。無槽電機的電樞繞組不管采用何種形式，它的厚度始終是實際氣隙的一部分，因此無槽電機的實際等效氣隙比有槽電機要大得多，所需要的勵磁磁動勢也要大許多，這在早期限制了無槽電機的容量和發(fā)展。近年來，隨著磁性材料的迅猛發(fā)展，特別是釹鐵硼等高磁能積稀土永磁材料的應(yīng)用，為無槽電機的實用化創(chuàng)造了條件。采用無槽結(jié)構(gòu)，因為同時具有超大氣隙，除了能徹底消除齒槽效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩波動外,還能大幅度削弱由于電樞反應(yīng)和機械偏心而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動。

4、電樞反應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩波動

電樞磁動勢對氣隙永磁主磁場的影響，稱為電樞反應(yīng)。直流無刷電機的電樞反應(yīng)比較復雜。電樞反應(yīng)磁動勢會使氣隙主磁場波形發(fā)生畸變，氣隙主磁場的磁通密度不再是空載時的方波，反電動勢也隨之畸變，從而引起轉(zhuǎn)矩波動。現(xiàn)代直流無刷電機大多采用高性能的稀土永磁材料，若采用瓦片形表面貼裝式，則電樞反應(yīng)對氣隙主磁場的影響比較微弱。這是因為電樞反應(yīng)磁路要經(jīng)過氣隙和永磁體，永磁材料的磁導率與空氣的磁導率是非常接近的，這就使電樞反應(yīng)磁路的磁阻很大，交軸電樞反應(yīng)的磁通很小，其對氣隙主磁場的影響可以忽略不計。但是對于內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，電樞反應(yīng)的影響則不能夠忽略。

5、電機機械加工缺陷和材料不一致引起的轉(zhuǎn)矩波動

機械加工缺陷和材料的不一致也是引起直流無刷電機轉(zhuǎn)矩波動的重要原因之一。例如電機機械加工及裝配時產(chǎn)生的尺寸和形位偏差，定子沖片各槽分布不均勻，定子內(nèi)、外圓偏心，定、轉(zhuǎn)子同軸度偏差等產(chǎn)生的單邊磁拉力；軸承系統(tǒng)的摩擦轉(zhuǎn)矩不均勻；轉(zhuǎn)子位置傳感器定位不準導致的轉(zhuǎn)矩波動；各相繞組參數(shù)不對稱及電子元器件性能參數(shù)的差異而導致的轉(zhuǎn)矩波動；磁路中各零件材料特別是每個磁極永磁體性能不一致而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動等。因此，提高加工制造水平也是減少轉(zhuǎn)矩波動的重要措施。

研究表明，電機在空載或輕載時主要是齒槽轉(zhuǎn)矩引起的轉(zhuǎn)矩波動，而負載情況下主要是電磁原理性轉(zhuǎn)矩波動和換相引起的轉(zhuǎn)矩波動。因此，分析轉(zhuǎn)矩波動形成的原因，研究降低或抑制轉(zhuǎn)矩波動的方法具有十分重要的意義。

• 直流無刷電機：換相轉(zhuǎn)矩波動分析
• 直流無刷電機：抑制電磁轉(zhuǎn)矩原理性轉(zhuǎn)矩波動的途徑方法