2025年电动机市场特性分析：内置式分数槽直驱永磁电动机振动特性研究与优化

  随着2025年电动机市场的快速发展，直驱永磁电动机因其高效、快速响应等优点，逐渐成为市场上的主流产品。特别是在注塑机等领域，内置式分数槽直驱永磁电动机凭借其紧凑的结构和优良的控制性能，成为行业的优选方案。然而，随着应用的广泛化，电动机的振动和噪声问题逐渐凸显，成为影响其市场竞争力的关键因素。因此，深入研究电动机的振动特性并提出有效的抑制措施，对于提升电动机的整体性能和市场竞争力具有重要意义。

  一、电动机振动特性分析的重要性

  《2025-2030年中国电动机行业市场深度研究及发展前景投资可行性分析报告》在现代工业应用中，电动机的振动和噪声特性是评价其综合性能的关键指标。振动不仅影响电动机的运行平稳性，还会对工作环境和机械寿命产生重要影响。近年来，随着直驱技术的广泛应用，内置式分数槽直驱永磁电动机因其高效能和快速响应的特点，成为许多工业设备的首选。然而，这种电动机在运行过程中产生的电磁振动问题，也引起了研究者的广泛关注。因此，深入分析电动机的振动特性，并提出有效的抑制措施，对于提升电动机的整体性能和市场竞争力至关重要。

  二、电动机样机模型与电磁特性解析模型

  (一)电动机样机模型参数

  电动机市场特性分析提到本研究主要针对内置式分数槽直驱永磁电动机的电磁振动特性及其抑制措施展开。电动机采用长距集中式双层绕组，转子采用内置切向式磁路结构，每极由一块钕铁硼永磁体组成。

  (二)电动机电磁特性解析计算

  对内置式分数槽直驱永磁电动机的电磁特性进行解析分析，假设定子和转子铁芯的磁导率无限大，从而忽略它们的磁阻效应。同时，将永磁体的磁导率视为与空气相同。在负载条件下，径向气隙中的合成磁场是由定子电枢反应产生的磁动势与转子上永磁体所产生的磁动势叠加而成的。通过解析法与有限元联合分析，可以系统研究不同工况下电磁力及其谐波分布的特性。研究表明，电动机产生振动的主要原因是低阶径向电磁力的影响，特别是(4,2)次谐波分量对电动机内部产生电磁振动的贡献较大。

  三、电动机电磁特性分析与模态分析

  (一)电动机电磁特性有限元分析

  通过有限元分析软件Maxwell，对电动机在不同工作条件下的电磁特性进行分析。结果表明，负载条件下，径向气隙磁通密度分布受到电枢反应的影响，基波分量显著增强。通过对径向气隙磁通密度进行傅里叶变换，发现其主要谐波分量为空间16阶，即基波占据主导地位。此外，径向电磁力密度的谐波分布也表明，其空间阶数均为电动机极-槽数的最大公约数4的整数倍，时间阶次均为电枢电流基频的偶数倍。

  (二)电动机模态分析

  模态分析是研究电动机结构动态特性的关键技术，旨在确定电动机的自然频率、阻尼比及对应的模态形状。通过有限元模态分析，得到电动机定子前五阶模态振型及其固有频率。结果表明，定子固有频率均与径向电磁力密度的谐波频率相差较大，因此不会发生共振现象，电动机的设计是合理的。

  四、电动机振动响应分析与振动试验

  (一)电动机振动响应联合仿真

  利用WorkBench软件建立电动机磁-固耦合模型，通过谐响应分析模块对电动机在空载和负载两种工况下的振动特性进行仿真分析。结果表明，电动机壳的振动加速度频谱的峰值主要出现在电流基频的偶数倍位置，尤其在2f频率达到了最高值。此外，定子形变主要呈现4阶振态，表明定子形变主要受电动机的空间4阶电磁力的影响。

  (二)电动机样机振动试验

  为验证磁-固耦合模型仿真结果的准确性，对电动机进行了空载振动特性试验。结果表明，仿真结果与实测结果总体趋势一致，均在2f频率和4f频率处观察到了较大的振动加速度峰值，且最大值出现在2f频率上。这证实了磁-固耦合分析模型和振动谐响应分析结果的准确性。

  五、电动机电磁振动抑制措施

  研究表明，通过优化电动机本体结构可以有效抑制电磁振动。在定子齿面上开设辅助槽可以改变气隙磁导的谐波含量，进而影响径向电磁力的谐波幅值，从而抑制振动。实验结果表明，单个辅助槽结构对电磁力的抑制作用最为显著，其中电磁力(4,2)分量的降幅最大，振动加速度幅值从优化前的1.223mm/s²降至0.875mm/s²，降低了28.45%。此外，该结构还显著降低了电动机的转矩波动，提升了输出转矩的平稳性。

  六、总结

  通过对内置式分数槽直驱永磁电动机的电磁振动特性进行深入分析，并提出定子齿辅助槽的优化设计方案，本研究揭示了电磁力与振动响应的内在关联，并验证了优化方案的有效性。主要结论如下：

  通过解析法与有限元联合分析，揭示了内置式分数槽直驱永磁电动机的电磁振动机制，电磁力空间谐波阶次呈极-槽数最大公约数的整数倍分布，其频率特征为电流基频的偶数倍。

  提出的定子齿辅助槽优化方案能够有效重构气隙磁场分布，进而降低转矩波动，其中单个辅助槽方案的降幅达18.11%，显著提升了输出转矩的平稳性。

  增设辅助槽可有效削弱电动机电磁谐波的幅值特性，进而降低振动加速度。对比不同辅助槽数量发现，单辅助槽方案对振动幅值的抑制效果最为显著，最高降幅达28.45%。

  综上所述，本研究为内置式分数槽直驱永磁电动机的振动特性分析与优化提供了理论依据和实践指导，对于提升电动机的整体性能和市场竞争力具有重要意义。

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