降低永磁电机转矩波动在精确的转速和位置控制系统是一个十分关注的问题。

如果永磁电机的绕组反电动势和电流波形都是正弦的，将获得平滑的转矩，没有转矩波动。理想情况是电机的空载气隙磁通密度是正弦分布，定子绕组沿气隙也是正弦分布的。分数槽集中绕组虽然绕组感生的电动势有可能接近正弦波，但由于其极数和槽数很接近，绕组分布远不是正弦的，定子磁动势包含丰富的谐波，从而产生齿槽转矩和动态转矩波动问题。齿槽转矩是由于气隙磁导变化产生。而负载时，定子磁动势谐波与转子磁场谐波相互作用产生纹波转矩，它汇同齿槽转矩产生电机的转矩波动。此外，如果存在磁路磁阻不均衡，还可能产生磁阻转矩，增加电机的转矩波动。

一般而论，降低电机转矩波动从改进电机设计和改变驱动器电流波形两个方面着手解决。

学者P.Salminen研究了几种齿槽组合下集中绕组电机的纹波转矩，指出合适的磁极宽和槽口宽可以明显降低电机的纹波转矩[14]。其研究对象是一个低速400r/min目标样机，分别采用槽数为36，24，18，12，q=0.5～0.25几种不同组合，在电流驱动模式下工作，以有限元分析法计算额定工作点时的纹波转矩。主要研究结果归纳于表5-16中。该表中，极弧比是实际磁极极弧与极距之比，槽口宽比是实际槽口宽与槽距之比，纹波转矩比是纹波转矩峰-峰值和额定转矩之比。表中给出各组合在其合适的磁极宽和槽口宽下的最低纹波转矩比。研究结果表明：

1）几种不同组合的纹波转矩比较，q=0.5较大，0.25次之，q在0.33附近（即基本组合附近）有较低的纹波转矩。

表5-16 几种齿槽组合集中绕组电机的最低纹波转矩

2）在同一个组合，额定转矩时的纹波转矩比齿槽转矩大。

3）在同一个组合，纹波转矩和齿槽转矩都随极弧比变化而变化，但最低纹波转矩的极弧比和最低齿槽转矩的极弧比并不一致。图5-11是12/14组合的例子，最低齿槽转矩的极弧比是0.52、0.69、0.86，而最低纹波转矩的极弧比是0.91。(www.daowen.com)

4）值得注意的是，大多数组合在开口槽时比在半闭口槽时有更低的纹波转矩。而通常认为，小槽口有利于降低齿槽转矩。

图5-11 12/14组合的纹波转矩和齿 槽转矩与极弧比关系

5）相同q的组合中，大多数情况下，槽数越多（即单元电机数t越大），纹波转矩比越低。

美国KOLLMORGEN CORPORATION的Industrial Drives Division是国际上著名伺服电机和系统生产商。它的一个关于永磁无刷电动机的国际专利中^[15]，涉及了低速大转矩无刷伺服电机，选择最佳槽极数组合获得低转矩波动和高效转矩。它将总谐波失真THD作为评价定子磁动势谐波和纹波转矩指标。在其专利附表中给出极数在10～124部分槽极数组合的绕组短距系数K_p、THD值，可以参考。Z/2p=30/38是文中给出的实例。在表5-17给出几个与它相近组合的对比，其中三个同是38极的组合，一个是槽数同为30的组合。表中的THD和K_p取自该专利的附表，K_w和LCM取自本文表5-8和表5-11。从此表数据对比可见，该公司选择30/38组合主要是看重其THD较低，因为低速无刷伺服电机对低转矩波动有较高的要求。

表5-17 30/38组合与相近组合的对比