偏心状态下的轴向磁通永磁电机受力分析
为了研究偏心对轴向磁通永磁电机受力影响，沈阳工业大学电气工程学院、重庆金康动力新能源有限公司的研究人员张霄霆、张炳义、曹永鹏，在2020年《电工技术学报》增刊1上撰文，建立了理想状态下轴向磁通永磁电机的气隙磁场解析计算模型，并通过引入气隙磁导函数计及了开槽对气隙磁场的影响；通过对轴向磁通永磁电机偏心状态的分析，建立了偏心状态下气隙磁场解析计算模型，并通过有限元法验证了解析计算模型的准确性。
在此基础上，构建了偏心状态下轴向磁通永磁电机不平衡磁拉力受力计算模型，对不平衡磁拉力进行了计算分析。无论是静态偏心还是动态偏心，随着偏心率的增加，不平衡磁拉力幅值逐渐增加。静态偏心下，不平衡磁拉力不随时间发生变化；动态偏心下，不平衡磁拉力呈周期性变化。
轴向磁通永磁电机具有转矩密度高、轴向尺寸小、结构紧凑的优点，在飞轮储能、风力发电、电动汽车等领域具有广阔的应用前景。由于轴向磁通永磁电机结构的特殊性，在其设计过程中，为了得到准确的性能参数，往往需要构建三维有限元计算模型，耗时耗力。
同时，由于制造装配过程中的误差以及电机运行过程中所受的冲击力的影响，轴向磁通永磁电机定子与转子轴线易发生偏移，导致转子偏心。转子偏心对电机损耗、受力、振动噪声等性能有显著影响，因此有必要研究轴向磁通永磁电机偏心状态下的性能。
随着对电机性能要求的提高，偏心情况下电机受力与振动得到了越来越多的研究。但是通过分析，目前对轴向磁通永磁电机偏心状态下的研究相对较少，多采用有限元法，较为耗时，因此，有必要研究轴向磁通永磁电机偏心状态下的解析计算方法，在保证计算精度的前提下提高计算速度。
沈阳工业大学电气工程学院、重庆金康动力新能源有限公司的研究人员，以一台额定功率10kW、额定转速1500r/min的轴向磁通永磁电机为例，建立了理想状态下的气隙磁场解析计算模型，为了在计算中计及开槽与端部效应的影响，引入开槽气隙磁导函数与端部效应函数，然后，分析了偏心状态下的气隙长度变化，对偏心状态下的气隙磁导进行傅里叶分解，形成傅里叶函数，建立偏心状态下的气隙磁场解析计算模型，最后基于偏心状态下的解析计算模型分析了偏心对不平衡磁拉力的影响。
图1 轴向磁通永磁电机三维模型
研究人员最后得出如下结论：
1）针对轴向磁通永磁电机三维有限元计算耗时的缺点，通过对气隙磁导函数、端部效应函数的傅里叶分解，在解析计算中引入其傅里叶函数，构建轴向磁通永磁电机气隙磁场解析计算模型，提高了轴向磁通永磁电机气隙磁通密度计算的速度与准确性。
2）偏心后的轴向磁通永磁电机，气隙磁场发生畸变，每对极下的磁场幅值均不等大小，动态偏心下的气隙磁场畸变高于静态偏心下的气隙磁场畸变。
3）偏心使轴向磁通永磁电机中产生不平衡磁拉力，随着偏心率的增加，不平衡磁拉力增大，静态偏心下，不平衡磁拉力不随时间变化，动态偏心下不平衡磁拉力随之间周期性变化。