永磁同步電機（PMSM)結構簡單、體積小、重量輕，十分適宜應用在機器人上。但是機器人伺服系統的永磁電機需要有非常好的控制性能，對電磁轉矩波動有很高的要求。減小電機的齒槽轉矩是減小電磁轉矩波動的主要的途徑。本文對機器人用永磁同步電機齒槽轉矩的性能要求進行了分析，根據電機的特點和生產工藝，提出了實用、便捷的齒槽轉矩優化方案。并使用有限元分析軟件Maxwell進行了仿真。仿真結果表明，通過合理的槽極配合和采用不等厚永磁體的方法可以有效地減小電機的齒槽轉矩，同時還能不過多地增加工藝的難度和制造成本。
一、齒槽轉矩的削弱
齒槽轉矩是由永磁電機的特殊結構引起的，是江晟電機固有的，無法完全消除，只能最大程度地削弱。齒槽轉矩表現為電機的永磁體和相對的齒槽結構間相互作用的切向力。這種力會引起永磁體和齒槽保持對齊的趨勢，即使電機不通電這個力也不會消失。這是因為在電機的轉子轉動時，電樞齒周圍的磁場基本不變，而永磁體兩側相對的電樞齒所在的一小段區域內，磁導發生了較大的變化，從而引起了能量的變化，進而就產生了齒槽轉矩。當電樞繞組不通電時，電機的磁場能量為：
Tcog=aW/aα
為了便于分析，作以下假設：電機電樞鐵心的磁導為無窮大；同一電機中的永磁體形狀和尺寸相同、性能相同、均勻分布；永磁體材料的磁導率與空氣相同；鐵心的疊壓系數為
1.江晟電機廠總結削弱齒槽轉矩的方法有以下幾種：
(1)永磁電機采用定子斜槽結構，即電樞傾斜的槽數Ks為1/n的整數倍時就可以消除齒槽轉矩中的第m次諧波，這樣就可以起到減小電機齒槽轉矩的效果。但電機的斜槽會增加制造工藝的復雜性，加大電機的制造成本。
(2)改變電樞的槽口，即選擇合理的槽口θs(即兩個相鄰齒的距離）大小就可以改變Gn的值。這樣會引起氣隙磁導的變化，從而使齒槽轉矩也發生變化。改變槽口的大小可以有效削弱齒槽轉矩，但同時也會增加制造工藝的復雜性。
(3)設計時選擇合理的電樞槽數和極數可以改變影響齒槽轉矩的Br²(θ)和Gn，從而改變氣隙磁密沿永磁電機電樞表面的分布周期，進而削弱齒槽轉矩。它不會增加電機的復雜性和制造工藝的難度，應作為優先考慮的方法。
(4)采用不等厚的永磁體（不同于常規的電機永磁體都是內、外徑同心且厚度均勻），這種不等厚的瓦片形的永磁體，其磁化方向長度會沿圓周方向不均勻地減小Br，以達到削弱齒槽轉矩的目的。這樣在電機設之初就選定合適的永磁體形狀，不會增加江晟電機生產工藝的難度和復雜性，能夠有效地削弱電機的齒槽轉矩。
二、Maxwell仿真
以機器人用永磁同步電機為例，從減小電機制造的復雜性和生產工藝的難度及降低電機成本的角度出發，采用合理的槽極配合和選取不等厚永磁體的方法來削弱電機的齒槽轉矩。表1為永磁同步電機的主要指標和參數。
表1：主要指標和參數
| 額定功率/kW | 2.1 | 定子內徑/mm | 81 |
| 額定電壓/V | 220 | 定子外徑/mm | 123 |
| 效率 | 91% | 額定轉矩/Nm | 5 |
| 轉子內徑/mm | 31 | 磁鋼類型 | 表貼 |
| 轉子外徑/mm | 78 | 磁鋼厚度/mm | 3.6 |
三、結論
提出了一種永磁電機設計中削弱齒槽轉矩的實用方法。利用常用的槽極配合的經驗，并考慮槽極配合對電機其它性能的影響，選出相對合適的槽極配合。然后根據理論分析和實驗仿真選出最合適的槽極配合。同時通過合理使用不等厚永磁體來減小電機的齒槽轉矩。以一款機器人用永磁同步電機為例，將其電機的齒槽轉矩減小到了0.013Nm。實驗表明采用上述方法對減小電機的齒槽轉矩效果是十分理想的。該設計方法已經應用在某機器人用永磁同步電機的開發中。