永磁同步電機(jī)在傳統(tǒng)工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用場景，正常工作狀態(tài)下，永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸心、幾何軸心應(yīng)和定子軸心相同，但也會(huì)因?yàn)橐恍┕に嚮蛘甙惭b問題，使得電機(jī)處在偏心運(yùn)動(dòng)的工況下；同時(shí)近些年隨著電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，永磁同步電機(jī)廣泛應(yīng)用在電動(dòng)車上，由于較大的簧下質(zhì)量，長期承受劇烈的車身載荷及路面激勵(lì)，使得電機(jī)出現(xiàn)軸承磨損、轉(zhuǎn)軸彎曲現(xiàn)象，造成定轉(zhuǎn)子不對(duì)中，氣隙分布不均勻，這種情況稱為電機(jī)偏心。

轉(zhuǎn)子偏心故障可分為靜偏心故障、動(dòng)偏心故障等。產(chǎn)生靜偏心的主要原因是即定轉(zhuǎn)子不同軸心，造成動(dòng)偏心的原因是轉(zhuǎn)軸彎曲或軸承損壞等。靜偏心故障是電機(jī)普遍存在的故障，靜偏心相當(dāng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心從定子中心向某個(gè)方向偏移，使轉(zhuǎn)子在此方向相對(duì)于定子偏心，定、轉(zhuǎn)子間氣隙發(fā)生變化，這種氣隙偏心固定在某一位置，它不隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而改變位置。動(dòng)偏心故障也屬于電機(jī)常見的故障類型，動(dòng)偏心相當(dāng)于轉(zhuǎn)子中心從定子中心向某個(gè)方向偏移，但轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心沒有偏移，這種氣隙偏心隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。

在電機(jī)發(fā)生偏心的情況下，氣隙磁場并不對(duì)稱，以等效電路為基礎(chǔ)的經(jīng)典算法將不再適用，為此建立電機(jī)的有限元模型，基于瞬態(tài)磁場的計(jì)算結(jié)果，給出不同故障類型下的氣隙磁場以及轉(zhuǎn)矩曲線變化特征。

本文將以某一永磁同步電機(jī)模型為例，詳細(xì)描述基于Altair Flux軟件進(jìn)行永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子靜、動(dòng)偏心工況的設(shè)定分析，并進(jìn)一步評(píng)估偏心問題帶來的問題。本文所有分析操作基于Flux & FluxMotor2022版本進(jìn)行。

1 電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心分類

對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心問題來說，總體可以分為：靜偏心、動(dòng)偏心以及混合偏心三類問題。其中，靜偏心問題可描述為轉(zhuǎn)子幾何中心與電機(jī)定子模型中心有一定偏移，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心與其幾何中心重疊；對(duì)于動(dòng)偏心而言，同樣幾何中心有一定的偏移，但是轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心與定子的幾何中心重疊；混合偏心問題，是前兩者問題的疊加，即轉(zhuǎn)子有自身旋轉(zhuǎn)軸的自轉(zhuǎn)，同時(shí)轉(zhuǎn)子也圍繞著定子的幾何中心公轉(zhuǎn)。

靜偏心

動(dòng)偏心

混合偏心

2 快速生成永磁同步電機(jī)有限元分析模型

通過FluxMotor可以快速建立永磁同步電機(jī)的2D磁場有限元分析模型，并直接轉(zhuǎn)換生成Flux2D模型腳本文件（*.py），然后通過Flux2D運(yùn)行該py腳本文件即可獲得包含永磁同步電機(jī)模型、網(wǎng)格以及物理設(shè)置的有限元模型文件。有關(guān)如何通過FluxMotor快速建立生成電機(jī)模型的步驟請(qǐng)參考FluxMotor部件生成的相關(guān)文檔。

2.1 FluxMotor中快速建立永磁同步電機(jī)模型

本文以一8極48槽內(nèi)置式三相永磁同步內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)為例，其基本拓?fù)?a target="_blank">參數(shù)為：

轉(zhuǎn)子采用FluxMotor軟件自帶零件模板imi_VBlock_01A，詳細(xì)參數(shù)設(shè)置如下圖所示：

定子采用FluxMotor軟件自帶零件模板os_Free_03A，定子槽結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如下圖所示：

定子繞組采用三相星接連接，節(jié)距為5，單層繞線方式，并聯(lián)支路數(shù)為2，單個(gè)線圈匝數(shù)為13，F(xiàn)luxMotor中相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下圖所示：

示例中模型磁鋼及定轉(zhuǎn)子材料采用軟件自帶材料模型，磁鋼采用NdFeB_1230_1400，定轉(zhuǎn)子硅鋼片采用M330_35A。

至此，F(xiàn)luxMotor中永磁同步電機(jī)基本模型建立完成，可點(diǎn)擊TEST進(jìn)行電機(jī)相關(guān)性能快速評(píng)估，本文不作詳述。由于偏心問題是一類故障問題，需要對(duì)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行編輯修改，因此需要首先將FluxMotor生成的模型轉(zhuǎn)至Flux2D。

2.2 FluxMotor電機(jī)模型輸出至Flux2D

點(diǎn)擊EXPORT>FLUX2D，選擇Transient中的I-φ-N，設(shè)置相關(guān)的工況計(jì)算參數(shù)（后續(xù)Flux分析中會(huì)進(jìn)行修改），選擇Flux2D腳本文件保存目錄，點(diǎn)擊Export model按鈕。

在目標(biāo)文件夾生成的*.py文件。

點(diǎn)擊Flux Supervisor管理界面，選擇2D，左側(cè)欄目選擇“Python scripts”，并將工作目錄定位至上述生成的*.py腳本文件處，點(diǎn)擊選擇該腳本文件，點(diǎn)擊Run the selected script按鈕，生成永磁同步電機(jī)Flux2D有限元分析模型，并進(jìn)行保存。

3 永磁同步電機(jī)（PMSM）偏心工況及計(jì)算