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軸向磁通永磁電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩密度高、軸向尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)，在飛輪儲(chǔ)能、風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。由于軸向磁通永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性，在其設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了得到準(zhǔn)確的性能參數(shù)，往往需要構(gòu)建三維有限元計(jì)算模型，耗時(shí)耗力。

同時(shí)，由于制造裝配過(guò)程中的誤差以及電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中所受的沖擊力的影響，軸向磁通永磁電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)易發(fā)生偏移，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子偏心。轉(zhuǎn)子偏心對(duì)電機(jī)損耗、受力、振動(dòng)噪聲等性能有顯著影響，因此有必要研究軸向磁通永磁電機(jī)偏心狀態(tài)下的性能。

隨著對(duì)電機(jī)性能要求的提高，偏心情況下電機(jī)受力與振動(dòng)得到了越來(lái)越多的研究。但是通過(guò)分析，目前對(duì)軸向磁通永磁電機(jī)偏心狀態(tài)下的研究相對(duì)較少，多采用有限元法，較為耗時(shí)，因此，有必要研究軸向磁通永磁電機(jī)偏心狀態(tài)下的解析計(jì)算方法，在保證計(jì)算精度的前提下提高計(jì)算速度。

沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院、重慶金康動(dòng)力新能源有限公司的研究人員，以一臺(tái)額定功率10kW、額定轉(zhuǎn)速1500r/min的軸向磁通永磁電機(jī)為例，建立了理想狀態(tài)下的氣隙磁場(chǎng)解析計(jì)算模型，為了在計(jì)算中計(jì)及開(kāi)槽與端部效應(yīng)的影響，引入開(kāi)槽氣隙磁導(dǎo)函數(shù)與端部效應(yīng)函數(shù)，然后，分析了偏心狀態(tài)下的氣隙長(zhǎng)度變化，對(duì)偏心狀態(tài)下的氣隙磁導(dǎo)進(jìn)行傅里葉分解，形成傅里葉函數(shù)，建立偏心狀態(tài)下的氣隙磁場(chǎng)解析計(jì)算模型，最后基于偏心狀態(tài)下的解析計(jì)算模型分析了偏心對(duì)不平衡磁拉力的影響。

圖1 軸向磁通永磁電機(jī)三維模型

研究人員最后得出如下結(jié)論：

• 1）針對(duì)軸向磁通永磁電機(jī)三維有限元計(jì)算耗時(shí)的缺點(diǎn)，通過(guò)對(duì)氣隙磁導(dǎo)函數(shù)、端部效應(yīng)函數(shù)的傅里葉分解，在解析計(jì)算中引入其傅里葉函數(shù)，構(gòu)建軸向磁通永磁電機(jī)氣隙磁場(chǎng)解析計(jì)算模型，提高了軸向磁通永磁電機(jī)氣隙磁通密度計(jì)算的速度與準(zhǔn)確性。
• 2）偏心后的軸向磁通永磁電機(jī)，氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，每對(duì)極下的磁場(chǎng)幅值均不等大小，動(dòng)態(tài)偏心下的氣隙磁場(chǎng)畸變高于靜態(tài)偏心下的氣隙磁場(chǎng)畸變。
• 3）偏心使軸向磁通永磁電機(jī)中產(chǎn)生不平衡磁拉力，隨著偏心率的增加，不平衡磁拉力增大，靜態(tài)偏心下，不平衡磁拉力不隨時(shí)間變化，動(dòng)態(tài)偏心下不平衡磁拉力隨之間周期性變化。

以上研究成果發(fā)表在2020年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊1，論文標(biāo)題為“偏心狀態(tài)下的軸向磁通永磁電機(jī)受力分析”，作者為張霄霆、張炳義、曹永鵬。