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永磁電機因具有高效率、高功率密度、高可靠性等優點而廣泛應用于國民經濟的各個領域。在一些特殊的應用場合，如艦艇、電動汽車、高端家用電器等領域，振動噪聲是高性能永磁電機的關鍵指標，日益受到關注。

電力系統及發電設備控制和仿真國家重點實驗室（清華大學電機系）的研究人員洪劍鋒、王善銘、孫宇光、孫旭東、曹海翔，在2022年第10期《電工技術學報》上撰文，探究了永磁電機在空載和負載工況下高模數電磁力波對電機電磁振動的影響規律，為永磁電機電磁振動的準確預測和減振提供思路。

圖1 永磁電機結構框圖

他們首先通過麥克斯韋應力張量法推導了電機電磁力波的幅值、頻率和模數特征。其次闡述了引起永磁電機低階電磁振動源的高模數和低模數電磁力波特點并探討了齒寬對兩種電磁力的影響。然后計算和詳細對比了電機空載和負載工況下兩種電磁力波對低階電磁振動的貢獻，并用模態疊加法仿真電機的振動，對理論進行驗證。最后在一臺10極12槽永磁電機上進行空載電磁振動實驗驗證。

圖2 振動測試實驗裝置

他們發現，高階電磁力波能引起低階電磁振動。例如：在10極12槽分數槽永磁電機中，模數10電磁力波也能引起2階電磁振動。在6極36槽整數槽永磁電機中，模數36電磁力波能引起0階電磁振動。

解析和仿真結果表明，在分數槽永磁電機中，高模數電磁力波對低階電磁振動的貢獻與齒寬和負載程度有關。隨著齒寬和負載增加，高模數電磁力波引起的低階電磁振動占比逐漸減小。在負載增加時，電機低模數力波逐漸占主導作用，是電機低階電磁振動的主源。在多極數的整數槽電機中，槽數模數電磁力波是0階電磁振動的主源，其貢獻與負載程度無關。

研究人員指出，永磁電機中高模數電磁力波主要是由永磁體產生的磁場相互作用產生的，且其貢獻與齒結構有關，因此在電機減振結構設計過程中，可從永磁體結構和定子齒結構入手展開優化工作。他們表示，采用齒斬波效應研究定子開齒對電機電磁振動特性的影響，不僅有利于從本質上認清低階電磁振動源，還能為開齒永磁電機電磁振動的準確預測和減振提供思路。

本文編自2022年第10期《電工技術學報》，論文標題為“高模數電磁力對永磁電機電磁振動影響”。本課題得到了國家自然科學基金的支持。