Analysis and suppression of vibration characteristics of interior-type fractional-slot direct-drive permanent magnet motors

QIAO Zhanquan; ZHANG Liyong; WANG Guanbo; YU Feipeng; FAN Ruili; LIU Yang; WANG Changlu; TANG Juan; JIANG Yehu; WANG Jing

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.011

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Analysis and suppression of vibration characteristics of interior-type fractional-slot direct-drive permanent magnet motors

·Vibration·Noise·Monitoring·Diagnosis· | 更新时间：2026-02-12

- Analysis and suppression of vibration characteristics of interior-type fractional-slot direct-drive permanent magnet motors
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 2, Pages: 88-96(2026)
- 作者机构：
  
  1.安徽科技学院智能制造学院，滁州 233100
  2.江苏中工高端装备研究院有限公司，泰州 225451
  3.中国机械总院集团郑州机械研究所有限公司，郑州 450001
  4.安徽众鑫科技股份有限公司，滁州 239300
- 作者简介：
  
  ZHANG Liyong, E-mail: zhangly@ahstu.edu.cn
- 基金信息：
  
  National Key Research and Development Program(2024YFB4708700);Anhui Provincial Department of Science and Technology Key Research and Development Program(2022a05020063);Anhui Provincial Department of Education Collaborative Innovation Project for Higher Education Institutions(GXXT-2023-099);Anhui Provincial Department of Science and Technology Project of Recruiting Leaders by Publicly Announcing Tasks in the Field of Agricultural Material, Technology and Equipment(S202320230906020016);Anhui Provincial Department of Education Provincial-Level Graduate Joint Training Demonstration Base Project(2022lhpysfjd071;2022lhpysfjd072);Anhui Provincial Department of Education Graduate Education Quality Project(2024cxcysj190;2024szsfkc128);2023 Bengbu City Science and Technology Program(2023gx10);Tianchang Intelligent Research Institute Project(tzy202330);Anhui University of Science and Technology Talent Project(RCYJ201904);2023 Fengyang County Science and Technology Program(2023TPY05)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.011
  CLC： TM351
- Received：16 January 2025，
  
  Published：15 February 2026
- 稿件说明：
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乔占权，张立勇，王冠博，等. 内置式分数槽直驱永磁电动机振动特性分析与抑制［J］. 机械强度，2026，48（2）：88-96.

QIAO Zhanquan，ZHANG Liyong，WANG Guanbo，et al. Analysis and suppression of vibration characteristics of interior-type fractional-slot direct-drive permanent magnet motors［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（2）：88-96.
乔占权，张立勇，王冠博，等. 内置式分数槽直驱永磁电动机振动特性分析与抑制［J］. 机械强度，2026，48（2）：88-96. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.011.

QIAO Zhanquan，ZHANG Liyong，WANG Guanbo，et al. Analysis and suppression of vibration characteristics of interior-type fractional-slot direct-drive permanent magnet motors［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（2）：88-96. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.011.

摘要

目的

为抑制内置式分数槽直驱永磁电动机的电磁振动并提升其运行平稳性，提出一种基于定子齿辅助槽的电磁振动抑制方案。

方法

首先，建立了电动机二维模型，采用解析法与有限元联合分析的方法，系统研究了不同工况下电磁力及其谐波分布的特性；通过模态分析获取定子结构的固有频率，结合电磁力的谐波频率验证电动机模型的合理性。其次，建立了磁-固耦合模型并开展谐响应分析，阐明了电磁力及其谐波分量对振动特性的影响机制，并通过试验验证了仿真模型的有效性。

结果

结果表明，通过定子齿辅助槽的优化设计，电磁振动幅值降低了28.45%，转矩波动率下降了18.11%。

Abstract

Objective

To suppress electromagnetic vibration and improve the operational smoothness of an internal fractional-slot direct-drive permanent magnet synchronous motor (PMSM)

an electromagnetic vibration suppression scheme based on auxiliary slots in the stator teeth was proposed.

Methods

Firstly

a two-dimensional motor model was established

and the electromagnetic force and its harmonic distribution characteristics under different operating conditions were systematically studied using a combined analytical and finite element analysis method. The natural frequencies of the stator structure were obtained through modal analysis

and the validity of the motor model was verified by combining the harmonic frequencies of the electromagnetic force. Subsequently

a magneto-structural coupling model was established to conduct harmonic response analysis

clarifying the influence mechanism of the electromagnetic force and its harmonic components on vibration characteristics. The effectiveness of the simulation model was verified through tests.

Results

The results show that through the optimization design of auxiliary slots in the stator teeth

the electromagnetic vibration amplitude is reduced by 28.45%

and the torque ripple rate is reduced by 18.11%.

关键词

Keywords

references

周海江，张翔，黄伟 . 永磁同步直驱电机在挤出吹塑机中的应用［J］. 现代制造技术与装备， 2024 ， 60 （ 9 ）： 121 - 123 .

ZHOU Haijiang ， ZHANG Xiang ， HUANG Wei . Application of per-manent magnet synchronous direct drive motor in the extrusion blowing machine ［J］. Modern Manufacturing Technology and Equi-pment ， 2024 ， 60 （ 9 ）： 121 - 123 . （In Chinese）

胡弼，曹文耀，胡土雄，等 . 注塑机用永磁同步电动机的分析与设计［J］. 电气工程学报， 2018 ， 13 （ 9 ）： 26 - 31 .

HU Bi ， CAO Wenyao ， HU Tuxiong ， et al . Analysis and design of permanent magnet synchronous motor for injection molding machine ［J］. Journal of Electrical Engineering ， 2018 ， 13 （ 9 ）： 26 - 31 . （In Chinese）

崔玥，田韶鹏，邹琳，等 . 某电驱动桥主减速器振动噪声特性仿真与试验研究［J］. 机械传动， 2023 ， 47 （ 11 ）： 86 - 93 .

CUI Yue ， TIAN Shaopeng ， ZOU Lin ， et al . Simulation and experi-mental study on vibration and noise characteristics of the main reducer of an electric drive axle ［J］. Journal of Mechanical Transm-ission ， 2023 ， 47 （ 11 ）： 86 - 93 . （In Chinese）

刘利，舒锐志，黄金，等 . 多电机并联驱动-传动系统动力学建模及其固有振动特性分析［J］. 机械传动， 2020 ， 44 （ 10 ）： 29 - 37 .

LIU Li ， SHU Ruizhi ， HUANG Jin ， et al . Dynamics modeling and inherent vibration characteristic analysis of multi-motor parallel drive-transmission system ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 29 - 37 . （In Chinese）

卢钢，陈建明，沈丁建，等 . 新能源汽车电机控制器振动疲劳耐久性能优化［J］. 机械强度， 2020 ， 42 （ 4 ）： 1000 - 1006 .

LU Gang ， CHEN Jianming ， SHEN Dingjian ， et al . Optimization for the vibration fatigue durability of motor control unit of new energy vehicle ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2020 ， 42 （ 4 ）： 1000 - 1006 . （In Chinese）

毛彦欣，赵文祥 . 径向磁通永磁同步电机电磁振噪综述［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 9 ）： 3667 - 3685 .

MAO Yanxin ， ZHAO Wenxiang . Overview of electromagnetic vibration and noise in radial-flux permanent magnet synchronous machine ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2025 ， 45 （ 9 ）： 3667 - 3685 . （In Chinese）

王凯，孙海阳，张露锋，等 . 永磁同步电机转子磁极优化技术综述［J］ . 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 24 ）： 7304 - 7317 .

WANG Kai ， SUN Haiyang ， ZHANG Lufeng ， et al . An overview of rotor pole optimization techniques for permanent magnet synchr-onous machines ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 24 ）： 7304 - 7317 . （In Chinese）

孟羚玉，陈长征，史宗辉，等 . 永磁同步电机磁固热多物理场耦合振动噪声分析［J］. 噪声与振动控制， 2024 ， 44 （ 4 ）： 43 - 49 .

MENG Lingyu ， CHEN Changzheng ， SHI Zonghui ， et al . Vibration and noise analysis of magnetic-solid-thermal multi-physical field coupling of permanent magnet synchronous motors ［J］. Noise and Vibration Control ， 2024 ， 44 （ 4 ）： 43 - 49 . （In Chinese）

JANG I S ， KIM W H . Study on electromagnetic vibration analysis process for PM motors ［J］. IEEE Transactions on Applied Super-conductivity ， 2020 ， 30 （ 4 ）： 5202406 .

陈少先，丁树业，申淑锋，等 . 船舶用表贴式永磁同步电机的电磁振动分析与抑制［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 5 ）： 1275 - 1286 .

CHEN Shaoxian ， DING Shuye ， SHEN Shufeng ， et al . Analysis and suppression of electromagnetic vibration of surface mounted perma-nent magnet synchronous motor for ships ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 5 ）： 1275 - 1286 . （In Chinese）

李永枭，成豪杰，唐旭，等 . 永磁同步电动机电磁振动特性及抑制措施［J］. 科学技术与工程， 2024 ， 24 （ 17 ）： 7148 - 7158 .

LI Yongxiao ， CHENG Haojie ， TANG Xu ， et al . Electromagnetic vibration characteristics and suppression methods for permanent magnet synchronous motor ［J］. Science Technology and Engineering ， 2024 ， 24 （ 17 ）： 7148 - 7158 . （In Chinese）

徐晨期，祝长生 . 基于磁-固-路双向耦合的电机电磁振动分析方法［J］. 机械工程学报， 2024 ， 60 （ 11 ）： 156 - 168 .

XU Chenqi ， ZHU Changsheng . Electromagnetic vibration analysis method of electrical machines based on electromagnetic-structural-circuit bidirectional couplings ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2024 ， 60 （ 11 ）： 156 - 168 . （In Chinese）

郭栋，任杰，葛帅帅，等 . 搭载分数槽永磁电机的电驱动总成振动控制［J］. 噪声与振动控制， 2022 ， 42 （ 4 ）： 20 - 24 .

GUO Dong ， REN Jie ， GE Shuaishuai ， et al . Vibration suppression of electric drive assembly with a fractional slot motor ［J］. Noise and Vibration Control ， 2022 ， 42 （ 4 ）： 20 - 24 . （In Chinese）

HU K ， ZHANG G M ， ZHANG W Y . Analysis and design of electro-magnetic vibration and noise reduction method of permanent magnet motor ［J］. Journal of Low Frequency Noise，Vibration and Active Control ， 2022 ， 41 （ 1 ）： 359 - 373 .

杨超锐 . 分数槽集中绕组永磁同步电机电磁振动分析与抑制［D］. 杭州：浙江大学， 2023 ： 11 - 15 .

YANG Chaorui . Analysis and suppression of electromagnetic vibration for fractional-slot concentrated winding permanent magnet syn-chronous motor ［D］. Hangzhou ： Zhejiang University ， 2023 ： 11 - 15 . （In Chinese）

高崇一，魏云平，秦红星，等 . 轧机主传动机电耦合扭振系统机理分析及影响因素研究［J］. 机械强度， 2020 ， 42 （ 4 ）： 966 - 970 .

GAO Chongyi ， WEI Yunping ， QIN Hongxing ， et al . Research on mechanism and influebtial factors of torsional vibration of main drive electromechanical coupled system of rolling mill ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2020 ， 42 （ 4 ）： 966 - 970 . （In Chinese）

唐友亮，吕品德，张锦，等 . 基于模态分析的定子各向异性材料参数矫正方法［J］. 机械强度， 2022 ， 44 （ 2 ）： 503 - 508 .

TANG Youliang ， LÜ Pinde ， ZHANG Jin ， et al . Parameter equi-valent method of stator anisotropic material based on modal analysis ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2022 ， 44 （ 2 ）： 503 - 508 . （In Chinese）

李良，蒋宇晨 . 三相交流永磁同步电动机电磁振动的理论建模与分析［J］. 机械强度， 2016 ， 38 （ 1 ）： 27 - 31 .

LI Liang ， JIANG Yuchen . Theoretical analyzing and modeling for electromagnetic vibration of permanent magnet synchronous motor ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2016 ， 38 （ 1 ）： 27 - 31 . （In Chinese）

刘皖秋，代颖，叶飞，等 . 基于转子辅助槽的车用永磁同步电机振动噪声优化［J］. 电机与控制应用， 2020 ， 47 （ 6 ）： 76 - 81 .

LIU Wanqiu ， DAI Ying ， YE Fei ， et al . Optimization of vibration and noise of vehicle permanent magnet synchronous motor based on auxiliary slot of rotor ［J］. Electric Machines & Control Application ， 2020 ， 47 （ 6 ）： 76 - 81 . （In Chinese）

ZHOU G Y ， SHEN J X . Rotor notching for electromagnetic noise reduction of induction motors ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2017 ， 53 （ 4 ）： 3361 - 3370 .

XING Z Z ， WANG X H ， ZHAO W L . Research on weakening measure of radial electromagnetic force waves in permanent magnet synchronous motors by inserting auxiliary slots ［J］. IET Electric Power Applications ， 2020 ， 14 （ 8 ）： 1381 - 1395 .

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