ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

В работе выполнено теоретическое исследование закономерностей образования электромагнитных радиальных сил низкого порядка в синхронных электрических машинах с дробными зубцовыми обмотками и возбуждением от постоянных магнитов. Актуальность исследования обусловлена тем, что возникающие радиальные силы являются одной из основных причин повышенного уровня вибраций и шума. На основе гармонического анализа пространственно-временного распределения магнитного поля получено аналитическое выражение для определения удельной радиальной силы, учитывающее взаимодействие основных гармонических составляющих магнитодвижущей силы обмотки статора, магнитодвижущей силы ротора и эквивалентной магнитной проводимости воздушного зазора. Рассмотрены условия возникновения радиальных сил как при гладком немагнитном воздушном зазоре, так и при наличии зубчатости статора. Установлено, что в обоих случаях возникают радиальные силы нулевого порядка, соответствующие пульсирующему растягивающе-сжимающему воздействию на статор. Показано, что для машин с обмоткой, имеющей шесть фазных зон, характерно образование радиальных сил второго порядка, вызывающих изгибные деформации статорного кольца, тогда как для машин с тремя фазными зонами возникают силы первого порядка, приводящие к одностороннему притяжению ротора к статору. Полученные аналитические зависимости позволяют выявить механизмы формирования наиболее опасных гармонических составляющих радиальных сил и могут быть использованы при проектировании электрических машин для выбора конструктивных решений, направленных на снижение вибраций и шума.

1. Noise and vibration characteristics analysis on different structure parameters of permanent magnet synchronous motor / Y. Li, S. Li, J. Xia, F. Zhang // 2013 International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). – Busan, 2013. – P. 46–49. – DOI: 10.1109/ICEMS.2013.6754549.
2. Analysis of global and local force harmonics and their effects on vibration in permanent magnet synchronous machines / J. Zou, H. Lan, Y. Xu, B. Zhao // IEEE Transactions on Energy Conversion. – 2017. – Vol. 32 (4). – P. 1523–1532. – DOI: 10.1109/TEC.2017.2720422.
3. Chen Y.S., Zhu Z.Q., Howe D. Vibration of PM brushless machines having a fractional number of slots per pole // IEEE Transactions on Magnetics. – 2006. – Vol. 42 (10). – P. 3395–3397. – DOI: 10.1109/TMAG.2006.879072.
4. Comparison of radial vibration forces in 10-pole/12-slot fractional slot surface-mounted and interior PM brushless AC machines / Z.P. Xia, Z.Q. Zhu, L.J. Wu, G.W. Jewell // The XIX International Conference on Electrical Machines – ICEM 2010. – Rome, 2010. – P. 1–6. – DOI: 10.1109/ICELMACH.2010.5608062.
5. Unequal teeth design to reduce electromagnetic vibration in fractional-slot concentrated-windings permanent-magnet machine / S. Zhu, J. Ji, W. Zhao, J. Zheng, Y. Mao, G. Liu // Journal of Magnetics. – 2019. – Vol. 24 (4). – P. 657–667. – DOI: 10.4283/JMAG.2019.24.4.657.
6. Геллер Б., Гамата В. Высшие гармоники в асинхронных машинах. – М.: Энергия, 1981. – 351 с.
7. Шевченко А.Ф. Электромеханические преобразователи энергии с модулированным магнитным потоком: дис. … д-ра техн. наук. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. – 346 с