双电机正交系统中惯性力偶矩拍频现象的机理与优化策略

一、摘要

本文研究了一种双电机正交安装结构中惯性力偶矩的拍频现象。当高速电机（200Hz）叠加于低速电机（10Hz）上方时，低速电机的惯性离心力呈现10Hz谐波信号，而惯性力偶矩则因两电机离心力矢量合成产生周期性振幅调制，形成10Hz拍频。通过频谱分析与力学建模，揭示了拍频源于高速电机离心力方向被低速电机旋转调制，导致两离心力动态叠加。进一步提出了转速比优化、结构阻尼增强等解决方案，为多电机系统振动抑制提供理论依据。

二、现象描述

实验装置采用两电机轴正交布置：低速电机（10Hz）作为基座，高速电机（200Hz）垂直安装于其上方。测试发现：

1. 低速电机惯性离心力：输出信号为10Hz谐波，周期0.1s；
2. 惯性力偶矩：呈现拍频特性，周期0.05s（即每秒20次振幅波动）。

三、原因分析

1. 惯性离心力输出为谐波信号（周期=1/10秒）

• 直接来源：10转/秒的电机自身旋转产生离心力，其频率与转速直接相关。
  • 转速为10转/秒，对应旋转频率$f=10\text{Hz}$，周期$T=1/f=0.1\text{秒}$。
  • 离心力公式为$F=m{\omega }^{2}r$