井下往复式潜油电泵机组作为新型的石油开采设备，可以有效解决低渗透油田有杆泵举升方式存在管杆偏磨严重、系统效率低、能耗高的问题，也为低产直井、斜井的举升工艺提供了解决途径。潜油直线电机是往复式潜油电泵系统的唯一动力源，其运行性能指标直接影响整个电泵系统的运行性能。

横向磁通永磁直线电机的电负荷与磁负荷相互解耦，且各相之间相互解耦，易于实现模块化和多相化，因此在石油开采领域有着良好的应用前景。但是，电机振动会影响电机的寿命与可靠性。电磁振动是电机本身产生振动的主要原因之一，径向电磁力波是各类旋转电机发生电磁振动的主要振源，对径向电磁力波的分析与计算是电机电磁振动的研究重点。现阶段国内外学者对电机的振动研究大量集中在旋转电机，于直线电机的振动研究相对较少。

哈尔滨工业大学等单位的赵玫、赵君等研究者，基于磁场调制原理，对横向磁通永磁直线电机的径向电磁力波进行了推导计算，得出对径向电磁力波影响最大的因素为轴向气隙磁通密度分量与径向气隙磁通密度分量，在此基础上对径向电磁力波的时空特性与频谱特性进行仿真计算，得出电枢磁通密度对电机径向电磁力波的频谱特性的影响。

图1 三维有限元模型

图2 模态分析初级模型

然后，他们考虑到电机实际运行中可能出现的次级偏心问题，揭示偏心度的大小对径向电磁力波幅值的影响，并对比不同偏心度下的电机径向磁拉力与轴向磁拉力，定量分析偏心度对不平衡磁拉力的影响。

图3 振动测量点位置

为避免共振，研究者利用有限元软件对电机的初级进行了模态分析与谐响应分析，结果表明低速状态下横向磁通永磁直线电机的额定运行频率较低，不会引起初级的共振，适合用作往复式潜油电泵的驱动电机。

本工作成果发表在2024年第1期《电工技术学报》，论文标题为“横向磁通永磁直线电机电磁振动特性分析”。本课题得到国家自然科学基金项目、特种电机与高压电器教育部重点实验室项目（沈阳工业大学）的支持。