齒槽轉矩是一種位置依賴轉矩，由永磁轉子場與定子槽幾何形狀相互作用產生的。它可以在無指令電流的情況下存在，因此也稱為止動轉矩或無電流轉矩。在低速時，它可以產生離散運動、速度變化或軸上的重複感覺。
轉矩紋波是圍繞期望電磁轉矩的更廣泛變化。堵塞可能引起影響，但換向、電流控制誤差、逆變器死時間、母線紋波、磁諧波、摩擦力學和負載力學也可能產生紋波。看似週期性的時間痕跡本身無法確定原因。
將此指南與 現場導向運動控制指南 及 機器人關節摩擦補償指南一起使用。在製作補償表前，先診斷物理源。
即使沒有驅動電流，也可能存在齒槽轉矩
當轉子磁鐵經過狹縫和齒時，磁阻隨角度變化。轉子被磁能較低的位置吸引，即使繞組未通電，也會產生週期性轉矩。磁極與槽組合、磁鐵形狀、偏斜、縫隙開口和氣隙會影響其順序和幅度。
在安全測試設定下斷開或命令零電流，並用校正的轉矩感測器緩慢旋轉轉子。軸承、密封件和傳動摩擦仍會被測量，因此應測試兩個方向和多個速度。以機械角度反覆且經受電流移除的部件符合齒輪結構，但仍需與機械卡動分離。
轉矩脈動包括多種驅動效應
電磁轉矩依賴於電流、反電動勢形狀、轉子角度估計和磁參數。六步換相會產生與躍遷相關的紋波；正弦波 FOC 可以減少部分諧波，但電流感測器誤差、頻寬、逆變器非線性和空間諧波依然存在。直流母線紋波會扭曲電流和轉矩。
德州儀器的 轉矩-紋波概述 區分了換向和母線電壓機制，而其 齒輪條目 則將齒輪辨識為無電流、位置依賴的源。這些馬達示例解釋的是機械結構，而非齒輪機器人關節的最終振幅。
| 資料來源 | 電流為零？ | 參考變數 | 條件敏感性 |
|---|---|---|---|
| 堵塞 | 是的 | 機械轉子角 | 磁鐵與槽口幾何結構 |
| 換向波紋 | 不 | 電氣換相相位 | 速度與流速 |
| 電流環紋波 | 不 | PWM 與電頻 | 頻寬與感測 |
| 匯流排波紋 | 不 | 供電相或母線電壓 | 負載與電容 |
| 摩擦 | 通常依賴運動 | 速度與方向 | 溫度與預載 |
機械角度和電角度暴露出不同的階數
反覆轉動時，對映轉子角度與機械轉子角度的轉矩。即使速度變化，節流應與角度對齊。電位和電流相位的對映作用也會影響。電序與極對有關，而槽和極的組合則能產生更高的機械階數。
階次跟蹤透過轉速正規化頻率，使得角度同步分量在速度掃頻過程中可見。固定的結構共振與鎖定於轉子階的分量表現不同。保持編碼器索引和電氣零點，以便跨執行進行相位比較。
先做無電流旋轉測試
使用低摩擦夾具、合適的軸聯軸器和轉矩感測器，其範圍能辨識預期的波紋。旋轉速度足夠慢以避免慣性轉矩，但速度足夠快以減少起步杆滑動。在同一時間基準上記錄角度位置、轉矩、方向、速度和溫度。
只有在對準角度後才平均轉數。以不同速度平均時間取樣會使波形模糊。比較順時針和逆時針的軌跡：對稱的角度鎖定分量表示齒輪效應，而方向相關的偏移或環路則表示摩擦和滯後現象。
驅動測試區分轉矩常數和電流質量
鎖定或準靜態保持轉子在多個角度，並命令有界的 q 軸電流以測量轉矩與電流。這揭示了角度相關的轉矩常數、感測器零點和飽和度。然後執行受控的速度掃頻，同時記錄相位電流、 DQ 電流、母線電壓和轉子電角。
將轉矩紋波與電流誤差相關，而不僅僅是電流指令。 PWM 取樣、死時間和轉子角偏移可以產生諧波。在多個電流水平下重複：真正的齒輪保持零電流，而電磁紋波通常隨電流和電壓變化。
| 測試 | 激發 | 主要觀測 | 分離 |
|---|---|---|---|
| 無動力旋轉 | 外接慢驅 | 轉矩與機械角度 | 堵塞與摩擦 |
| 鎖定旋翼 | 指令電流 | 轉矩與角度和電流的關係 | 轉矩常數 |
| 恆速掃頻 | 驅動旋轉 | 階譜 | 電氣和機械訂單 |
| 公交變體 | 供電或負載變化 | 轉矩與電壓 | 匯流排誘導的波紋 |
| 溫度重複 | 溫暖與寒冷 | 振幅與相位 | 熱漂移 |
FOC 減少了一些漣漪效應，但不減少幾何齒槽效應
場向控制調節旋轉框架中產生的轉矩電流，能夠產生比六級換向更平穩的電磁轉矩。其結果取決於電流感應、轉子角精度、 PWM、環路頻寬和馬達顯著性。它不消除槽和磁鐵產生的無電流磁性吸引。
在將每一次振盪歸因於齒輪之前，先提升電流環的證據。使用 關節增益調諧指南 檢查頻寬和共振。激進的速度環路可以放大小的週期性擾動或激發傳輸，使測量到的關節運動看起來比單純的馬達轉矩更差。
補償圖需要角度定位
常見的伺服方法學習齒輪轉矩與轉子角度，並控制相反的前饋波形。對映在執行時必須使用相同的機械參考、插值和方向規範。編碼器更換、極點對準或傳輸元件可能會改變相位。
在幅度發生實質變化時，在多個溫度和負載下構建地圖。濾波測量雜訊，但不抹除真實的高階內容。限制並斜增補償，使錯誤的索引表或損壞的表無法產生大命令。驗證轉矩降低和位置跟蹤。
摩擦、背隙和共振可以模擬齒輪效應
靜摩擦產生斷裂，庫侖摩擦隨方向變化，粘性摩擦隨速度增加。背隙產生反轉時的空回和衝擊。柔性傳動模式可在特定速度下放大週期性轉矩。但沒有任何模式能透過單一轉子角表可靠校正。
比較 減速器間隙和剛度導管，並在可能的情況下重複測試。如果頻譜峰值隨速度移動，辨識其順序；如果保持在某一頻率附近，則調查結構模式或控制器互動。
跨電流、負載、速度和溫度進行驗證
在多種速度下進行無動力、低電流和額定電流測試。新增具有代表性的有效負載和關節姿態，以改變軸承和減速器負載。將馬達和傳動器加熱至穩定狀態，重複此過程。如果齒輪比和順應性放大或衰減命令，則分別進行馬達軸和關節輸出的觀察。
報告峰值對峰值轉矩和 RMS 轉矩、階幅、速度紋波和跟蹤誤差，並結合準確的頻寬和感測器設定。一種減少繪製轉矩但增加聲學雜訊、電流或關節振動的補償措施，反而是問題的轉移，而非解決了問題。
保持診斷可重複性
存檔馬達幾何辨識符號、編碼器解析度和零值、驅動器韌體、 PWM 和電流環路設定、電源、燈具、感測器校正、取樣率、負載和溫度。儲存原始角度同步記錄，以及平均曲線。
使用一個原因矩陣，預測當電流、方向、速度或溫度變化時應發生的變化。只有當測量結果符合這些預測時，才接受解釋。這樣可以防止視覺週期波形在沒有無電流和角域測試的情況下被標記為“卡格”。
評估“齒槽轉矩與轉矩脈動：低速機器人關節振動診斷”時，還應儲存模型版本、機器人設定、校正檔案、測試日期和全部試驗記錄。
只有把這些持續投入與單位成功任務的價值比較，才能判斷方案是否適合擴大。
上線後仍要持續檢查分佈變化、感測器漂移、機械磨損和人工接管原因。
實際專案還應指定資料、模型、控制器和安全流程的負責人，並預先定義回復條件。責任邊界、審批記錄與變更紀錄越清楚，故障發生後越容易停止擴散、定位原因並安全恢復。
- 在斷電的情況下測量轉矩。
- 按機械和電氣角度對齊重複資料。
- 記錄實際電流和匯流排電壓。
- 分別採用摩擦、傳動和結構模式。
- 驗證任何地圖在負載和溫度範圍內。
常見問題
齒輪轉矩可以在無電流的情況下測量嗎？
是的。無電流、角度依賴的行為是定義的核心，儘管方位效應和傳輸效應仍需區分。
轉矩脈動和齒輪轉矩是同義詞嗎？
不。堵塞是轉矩紋波的一個來源。電流、換向、母線電壓、磁諧波和機械效應會增加其他成分。
FOC 會消除齒輪嗎？
不。 FOC 能改善電磁轉矩控制，但無法消除無電流時轉子-磁鐵和定子-槽隙的相互作用。
低速振動如何被確認為齒輪？
展示無電流轉矩測試中可重複的機械角度順序，並展示其與方向、電流和速度相關效應的區別。
一張薪酬表是永久的嗎？
不一定。編碼器的對準、組裝、溫度、負載、磨損和驅動設定都可能改變幅度或相位，因此圖譜需要在更改後進行驗證。
馬達擾動診斷邊界
轉矩特徵取決於馬達幾何形狀、驅動、感測器頻寬、變速箱、負載和溫度。在施加補償前，請透過受控的無電流和驅動測試進行診斷。