摘 要: 在一般的情况下，电机偏心通常分为静态偏心与动态偏心。由于定子或者转子安装不正确等产生静态偏心，而动态偏心是由转子轴弯曲等产生的动态偏心，因为气隙的分布不均，永磁体作用在气隙的磁动势能不同、整个气隙圆周周长是气隙磁导变化的周期，所以肯定会影响气隙磁密的大小以及气隙内部的谐波磁场，这样不但会导致磁场转矩的变化，还会影响电机性能的损耗。下面的文章简述了永磁伺服电机转子偏心与对于电机性能的影响
关键词：动态偏心与静态偏心；有限元计算；永磁伺服电机
引 言：在近代工业生产中，永磁伺服电机拥有着高效、高功率等特点，但由于在实际的生产过程当中，装配与价格工艺的局限性，导致了转子的轴线不能够完全进行重合与气隙分布不均等问题的发生，因此带来了噪声、转子损耗、转矩脉动的不良影响。
1 永磁伺服分析模型建立
1.1 永磁伺服电机的结构
以下文章将以卷烟自动化设备永磁伺服电机为例，着重对于电机偏心给电机性能产生的影响进行有效的分析。卷烟自动化设备永磁伺服电机表面是采取贴磁的结构形式，通常在转子永磁机外边界往往采取护套进行固定，是转子表面贴磁的必要做法，一般会使用不锈钢与碳纤维的材质作为护套材料。因为不锈钢在在导热性能与机械强度方面具有良好的优势，以下本文将阐述永磁体采取使用不锈钢作为护套的结构。除此之外，为了很好的减少转子涡流损耗，有效的降低电机气隙内的谐波分量，使用电机定子要采用双层短距绕组。
1.2 关于永磁伺服电机的有限元计算
依据永磁伺服电机的机构来说，进一步构建了电机二维电磁场，为更好的使电磁场进行有限元的计算，可以做如下的假设：1；因为铁心较为细长，所以电机内部的电磁场沿轴变化较小，与此同时对于电机端部漏磁进行忽略，利用二维瞬态场分析，向量磁位Z轴的分量是零；2；各向同性的材料；3；因材料的磁导率均匀并且不计磁导率随温度进行变化；4；忽视位移电流造成的影响。依据电磁场理论在上面的假设条件下，使用向量磁位A，对于电机的瞬态电磁场进行描述，并给予对应的边界条件，便能够得到电机二位瞬态电磁场边值方程式:
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2 转子偏心对于磁场造成的影响
大多数的学者对永磁电机的与分析都是在于定转子轴线重合状态下进行研究的，电机的其中气隙也是均匀分布的，如果永磁伺服电机转子偏心时，不管是电机出现动态或静态偏心，都会造成电机气隙的长度进行改变，让电机内部气隙分布不均。为进一步分析电机磁密随气隙长度变化的大小产生比对，需要确认电机偏心状态下的气隙长度沿着电机圆周方向的变化规律。综上所述，保证电机磁密长度变化的基础之上，将电机偏心有限元计算相结合，得出来永磁伺服电机在有或没有偏心的情况下，电机气隙磁密变化的规律。
3 转子偏心对于输出转矩造成的影响
经过上一节的分析可以得知，转子偏心对于永磁伺服电机气隙磁场造成了非常明显的影响，进而使得电机气隙内部的磁场分布改变了，会造成对于电机输出性能和电机能量转换的莫大的影响。在基础有限元的计算上，进行了电动机转子偏心对于电机输出转矩的影响分析。齿槽效应引起了一部分的转矩波动，由于部分的转矩数值波动较小，并且齿槽数和波动频率相对应。而另一部分转矩的波动是因绕组分布系数、磁极励磁磁场所以产生的谐波磁场，此谐波磁场对于转矩波动影响很大。引人深思的是，和电机输出转矩平均值变化的趋势截然不同的是电机转矩波动的振幅与转矩波动的系数都呈现出下降趋势。
4 转子偏心对于损耗造成的影响
经过之前的分析可以得知，因为转子的偏心会影响气隙磁密分布不均，进而导致输出转矩的波动变化。除此之外，气隙磁密的分布不均对损耗影响是莫大的，所以转子偏心对于电机损耗影响将会引人深思。虽然静态与动态偏心气隙磁场在静止状态下磁场分布相同，但电机在动态运行中，偏心所导致的气隙磁密分布的不均并与形式的不同。从而对于损耗也是拥有较大的差异性，以下本文将会研究静态与动态偏心分别对于电机的损耗。
4.1 静态偏心对于电机的损耗
在永磁伺服电机中，涡流损耗、铁心损耗、铜损耗等一系列都是电机损耗方式。铁心损耗是指，直接接受电机磁密以及频率的影响，并且在永磁伺服电机运行频率较高，所以分析铁心损耗有着较为重要的意义。电机气隙谐波磁场直接影响转子的涡流损耗，因此转子偏心会造成电机涡流损耗的改变，除此之外，转子涡流损耗是导致电机转子升温的重要原因，从而使永磁高温失磁的研究与提升永磁电机的可靠有着关键性的影响。电机定子铁心损耗变化与电机转子涡流的损耗具有着差异，是非常明显的。因为永磁伺服电机中采取了不锈钢护套的结构，所以影响气隙内谐波磁场，在电机转子的护套与此同时体内都会生成涡流电密，从而形成涡流损耗。
4.2 动态偏心对于电机的损耗
因为电机转子周围圆周部分空间磁场分布不均导致出现动态偏心，动态偏心与静态偏心的差异是转子的涡流损耗所产生的机理，所以这种气隙磁场空间分布不均导致了电机的损耗影响。动态偏心和静态偏心有所不同的是，电机偏心的程度从而导致了电机铁心损耗，虽然变化并不显著，但要考虑到计算的误差问题，大概可以认为电机定子铁心并不随着转子偏心程度而改变，由于气隙磁场直接做用在转子的表面，所以气隙磁场的变化是一项电机转子涡流损耗的根本原因。所以，转子的涡流损耗十分明显。
4.3 动态偏心与静态偏心对于电机转子的损耗进行机理分析
经过对于动态与静态的偏心影响电机损耗影响的计算结果来说，静态偏心比起动态偏心对转子损耗更加的明显。因此，机理的研究展示了发展规律的变化非常重要，而涡流损耗机理的分析的重点在其变化的气隙磁场的研究。在电机转子角度来说，电机转子任何位置的磁密最大值都是进行改变的，由于磁密的增加与磁密的减小位置均都在电机气隙长度大小存在的变化位置出现的，使得静态偏心的时候气隙的长度在电机空间分布位置没有变化，不管转子如何进行旋转，都会受气隙磁场的变化，而涡流电密的空间的分布则不发生变化。动态偏心气隙的长度变化随着转子的转动进行变化，但就转子来说，磁场的曾历经的变化远不如静态偏心的变化显著。通常转子在任意位置静态偏心时，表面所产生的的气隙长度不会发生变化。因此，动态偏心比静态偏心缺少了部分的气隙长度不同而导致的涡流损耗。因为这部分涡流损耗的减少，从而使动态偏心所产生的损耗不如静态偏心所产生的损耗更为显著。
结 论：
本文将通过对有限元的计算，分析出永磁伺服电机在静态偏心与动态偏心不同的情况下，造成的电机内部谐波磁场损耗的变化规律，并且研究出静态与动态偏心对于电机性能的机理影响。
参考文献:
[1]孔 汉. 刘景林. 永磁伺服电机转子偏心对电机性能的影响研究[J]. 电机与控制学报,2016,20(01):52-59.
[2]柯文静. 内置式永磁同步伺服电机的研究[D].哈尔滨工业大学,2011.
[3]米秀峰. 内置式永磁伺服电机的电磁振动研究和抗冲击计算[D].沈阳工业大学,2014.
[4]林利红. 永磁交流伺服精密驱动系统机电耦合动力学分析与实验[D].重庆大学,2009.
[5]孙海军. 基于灰色模型永磁无轴承电机无位置传感器控制方法研究[D].沈阳工业大学,2010.
[6]夏仁杰. 高性能永磁同步伺服电机关键技术研究[D].湖北工业大学,2019.