永磁同步电机转子偏心解析（上）

永磁同步电机在传统工业中有着广泛的应用场景，正常工作状态下，永磁同步电机转子旋转轴心、几何轴心应和定子轴心相同，但也会因为一些工艺或者安装问题，使得电机处在偏心运动的工况下；同时近些年随着电动汽车的快速发展，永磁同步电机广泛应用在电动车上，由于较大的簧下质量，长期承受剧烈的车身载荷及路面激励，使得电机出现轴承磨损、转轴弯曲现象，造成定转子不对中，气隙分布不均匀，这种情况称为电机偏心。

转子偏心故障可分为静偏心故障、动偏心故障等。产生静偏心的主要原因是即定转子不同轴心，造成动偏心的原因是转轴弯曲或轴承损坏等。静偏心故障是电机普遍存在的故障，静偏心相当于转子旋转中心从定子中心向某个方向偏移，使转子在此方向相对于定子偏心，定、转子间气隙发生变化，这种气隙偏心固定在某一位置，它不随转子旋转而改变位置。动偏心故障也属于电机常见的故障类型，动偏心相当于转子中心从定子中心向某个方向偏移，但转子旋转中心没有偏移，这种气隙偏心随转子转动而转动。

在电机发生偏心的情况下，气隙磁场并不对称，以等效电路为基础的经典算法将不再适用，为此建立电机的有限元模型，基于瞬态磁场的计算结果，给出不同故障类型下的气隙磁场以及转矩曲线变化特征。

本文将以某一永磁同步电机模型为例，详细描述基于Altair Flux软件进行永磁同步电机的转子静、动偏心工况的设定分析，并进一步评估偏心问题带来的问题。本文所有分析操作基于Flux & FluxMotor2022版本进行。

1 电机转子偏心分类

对于电机转子偏心问题来说，总体可以分为：静偏心、动偏心以及混合偏心三类问题。其中，静偏心问题可描述为转子几何中心与电机定子模型中心有一定偏移，转子的旋转中心与其几何中心重叠；对于动偏心而言，同样几何中心有一定的偏移，但是转子的旋转中心与定子的几何中心重叠；混合偏心问题，是前两者问题的叠加，即转子有自身旋转轴的自转，同时转子也围绕着定子的几何中心公转。

静偏心

动偏心

混合偏心

2 快速生成永磁同步电机有限元分析模型

通过FluxMotor可以快速建立永磁同步电机的2D磁场有限元分析模型，并直接转换生成Flux2D模型脚本文件（*.py），然后通过Flux2D运行该py脚本文件即可获得包含永磁同步电机模型、网格以及物理设置的有限元模型文件。有关如何通过FluxMotor快速建立生成电机模型的步骤请参考FluxMotor部件生成的相关文档。

2.1 FluxMotor中快速建立永磁同步电机模型

本文以一8极48槽内置式三相永磁同步内转子电机为例，其基本拓扑参数为：

定子外径（mm）	定子内径（mm）	转子外径（mm）	转子内径（mm）	等效轴长（mm）
264	161.9	160.4	110	180

转子采用FluxMotor软件自带零件模板imi_VBlock_01A，详细参数设置如下图所示：

定子采用FluxMotor软件自带零件模板os_Free_03A，定子槽结构尺寸参数如下图所示：

定子绕组采用三相星接连接，节距为5，单层绕线方式，并联支路数为2，单个线圈匝数为13，FluxMotor中相关参数设置如下图所示：

示例中模型磁钢及定转子材料采用软件自带材料模型，磁钢采用NdFeB_1230_1400，定转子硅钢片采用M330_35A。

至此，FluxMotor中永磁同步电机基本模型建立完成，可点击TEST进行电机相关性能快速评估，本文不作详述。由于偏心问题是一类故障问题，需要对转子的旋转位置进行编辑修改，因此需要首先将FluxMotor生成的模型转至Flux2D。

2.2 FluxMotor电机模型输出至Flux2D

点击EXPORT>FLUX2D，选择Transient中的I-φ-N，设置相关的工况计算参数（后续Flux分析中会进行修改），选择Flux2D脚本文件保存目录，点击Export model按钮。

在目标文件夹生成的*.py文件。

点击Flux Supervisor管理界面，选择2D，左侧栏目选择“Python scripts”，并将工作目录定位至上述生成的*.py脚本文件处，点击选择该脚本文件，点击Run the selected script按钮，生成永磁同步电机Flux2D有限元分析模型，并进行保存。

3 永磁同步电机（PMSM）偏心工况及计算