Hoạt động cơ bản của động cơ điện dựa vào sự tương tác giữa nam châm vĩnh cửu rotor và năng lượng được cung cấp bởi các cuộn dây phía stator. Nhưng ngay cả khi động cơ không được cấp điện và không có dòng điện chạy trong các cuộn dâythì vẫn có lực hút từtrường giữa nam châm vĩnh cửu và răng sắt từ. Lực hút từ trường này thay đổi tùy thuộc vào mật độ từthông hoặc cường độ từtrường, sự biến đổi này tạo ra mô men xoắn không đồng đều, được gọi là “mô men đập mạch – cogging torque” hoặc “gợn mô men –torque ripple”.
Mômen đập mạch là sản phẩm của tương tác từ trường giữa nam châm vĩnh cửu với răng stator. Nói cách khác, khi cực từ rotor thẳng hàng với răng stator tạo ra một lực hút và đểphá vỡ lực hút tương tác này thì cần một lực đủ lớn gọi là mômen đập mạch. Nó là thành phần chu vi lực hấp dẫn cố gắng duy trì sự liên kết giữa răng stator và nam châm vĩnh cửu. Hình 3.1 hiển thị hai vị trí của nam châm vĩnh cửu liên quan đến ba răng stator. Nam châm vĩnh cửu trong hình 3.1 đại diện cho một cực của máy điện đa cực.
(a) Thành phần mômen đập mạch bằng 0
(b) Thành phần mô men đập mạch lớn hơn 0
Hình 3.1.Vịtrí tương đối giữa nam châm và răngstator sinh mômen đập mạch
Trong hình 3.1a, nam châm vĩnh cửu được căn chỉnh thẳng hàng với số lượng răng stator. Ở vị trí này, các thành phần theo chu vi của lực sinh ra bởi từthông đi vào răng stator sẽ bị loại bỏ, do đó không cóthành phần mô men đập mạch được tạo ra. Đối với hình 3.1b, rotor đã được quay theo hướng ngược chiều kim đồng hồ. Ở vịtrí này, từ thông ở mép trước của nam châm vĩnh cửu tạo ra một thành phần lực theo chu vi không bị loại bỏ, do đó, tồn tại một giá trị của mô men đập mạch. Trong trường hợp này, mômen đập mạch cố gắng đưa nam châm vĩnh cửu trở lại vị trí ban đầu như hiển thịtrong hình 3.1a
Mô men đập mạch phụ thuộc vào vị trí của răng stator so với nam châm vĩnh cửu, vì nam châm liên tục tìm kiếm vịtrí có từ trở nhỏ nhất. Hình dạng mômen đập mạch trong động cơ phụ thuộc vào số lượng nam châm vĩnh cửu và số răng stator. Mô men đập mạch có thể được giảm thiểu thông qua các phương tiện cơ học bằng cách tối ưu hóa số cực từ và răng, hoặc bằng cách nghiêng hay tạo hình các nam châm vĩnh cửu đểlàm sự chuyển đổi giữa chúng với răng stator một cách từ từ.
Mô men đập mạch sinh ra trong động cơ nam châm vĩnh cửu, bao gồm động cơ DC có chổi than, không chổi than và động cơ AC đồng bộ. Bởi vì nó xảy ra trong một động cơ không được cung cấp năng lượng, nênđôi khi được gọi là "mô men hở mạch."
Mặc dù BLDC được đánh giá là động cơ có hiệu suất cao, tuy nhiên trong động cơ luôn tồn tại thành phần mômen đập mạch là một trong những nguồn gây ra rung động, tiếng ồn ảnh hưởng đến hiệu suất đầu ra và gây ra sự cố khi khởi động. Đây là vấn đề quan trọng đặt ra đối với thiết kếđộng cơ BLDC sử dụng cho quạt trần.
Như vậy có thể thấy rằng dạng sóng mô men đập mạch phụ thuộc vào các thông số sau: Chiều dày nam châm, chiều dài khe hở không khí và chiều rộng miệng rãnh. Trong chương này luận án sẽ trình bày một cách tiếp cận mới để giảm thành phần mô men đập mạch dựa trên sự hiểu biết vềmô hình mạch từtương đương, tính toán giải tích và mô phỏng trên PTHH.