永磁同步電機在傳統(tǒng)工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用場景，正常工作狀態(tài)下，永磁同步電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸心、幾何軸心應(yīng)和定子軸心相同，但也會因為一些工藝或者安裝問題，使得電機處在偏心運動的工況下；同時近些年隨著電動汽車的快速發(fā)展，永磁同步電機廣泛應(yīng)用在電動車上，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，使得電機出現(xiàn)軸承磨損、轉(zhuǎn)軸彎曲現(xiàn)象，造成定轉(zhuǎn)子不對中，氣隙分布不均勻，這種情況稱為電機偏心。

轉(zhuǎn)子偏心故障可分為靜偏心故障、動偏心故障等。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。靜偏心故障是電機普遍存在的故障，靜偏心相當于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心從定子中心向某個方向偏移，使轉(zhuǎn)子在此方向相對于定子偏心，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。動偏心故障也屬于電機常見的故障類型，動偏心相當于轉(zhuǎn)子中心從定子中心向某個方向偏移，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)動而轉(zhuǎn)動。

在電機發(fā)生偏心的情況下，氣隙磁場并不對稱，以等效電路為基礎(chǔ)的經(jīng)典算法將不再適用，為此建立電機的有限元模型，基于瞬態(tài)磁場的計算結(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模型為例，詳細描述基于Altair Flux軟件進行永磁同步電機的轉(zhuǎn)子靜、動偏心工況的設(shè)定分析，并進一步評估偏心問題帶來的問題。本文所有分析操作基于Flux & FluxMotor2022版本進行。

1 電機轉(zhuǎn)子偏心分類

對于電機轉(zhuǎn)子偏心問題來說，總體可以分為：靜偏心、動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；對于動偏心而言，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)，同時轉(zhuǎn)子也圍繞著定子的幾何中心公轉(zhuǎn)。

靜偏心

動偏心

混合偏心

2 快速生成永磁同步電機有限元分析模型

通過FluxMotor可以快速建立永磁同步電機的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運行該py腳本文件即可獲得包含永磁同步電機模型、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快速建立生成電機模型的步驟請參考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)子電機為例，其基本拓撲參數(shù)為：

轉(zhuǎn)子采用FluxMotor軟件自帶零件模板imi_VBlock_01A，詳細參數(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中永磁同步電機基本模型建立完成，可點擊TEST進行電機相關(guān)性能快速評估，本文不作詳述。由于偏心問題是一類故障問題，需要對轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置進行編輯修改，因此需要首先將FluxMotor生成的模型轉(zhuǎn)至Flux2D。

2.2 FluxMotor電機模型輸出至Flux2D

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

在目標文件夾生成的*.py文件。

點擊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，點擊選擇該腳本文件，點擊Run the selected script按鈕，生成永磁同步電機Flux2D有限元分析模型，并進行保存。

3 永磁同步電機（PMSM）偏心工況及計算