[发明专利]一种计算电机正交各向异性材料参数的方法

说明书

一种计算电机正交各向异性材料参数的方法，属于电机领域。本发明是为了解决电机模态分析时，现有方法计算难度大的问题。本发明所述的一种计算电机正交各向异性材料参数的方法，利用以壳体理论为核心的正交各向异性解析模型，以容易测量的低阶径向固有频率及其对应阶次作为输入条件，能够简单、快捷的计算出电机正交各向异性材料参数。同时，本发明考虑到了电机定子铁心叠片结构，避免了忽略轴向刚度降低所导致的误差；以低阶径向固有频率及其对应阶次作为输入条件，简单准确、容易获得。

技术领域

本发明属于电机领域。

背景技术

电机噪声主要来源于电机径向电磁力波激发的电磁振动，当电磁力波的空间分布与结构模态的振型一致，且电磁力波的频率与模态频率接近时，会产生较为明显的电磁振动噪声，所以径向电磁力波和结构模态是引起电机振动噪声的两个重要因素。

固有频率的计算是结构模态研究中的重点，现有的计算方法有三种，分别是实验测试、仿真分析和解析计算，相较于前两种，解析计算简单、快捷、不需要实验设备和大量的仿真资源。

应用解析法进行模态分析时，现有的方法多将定子铁心等效为一块各向同性的实体。但这种方法忽略了定子铁心叠片结构所导致的轴向刚度降低的问题，因此并不准确。还有一些方法考虑到了定子铁心正交各向异性的特点，但对其正交各向异性材料的求解多基于有限元仿真和实验结合的方法，这种方法需要多次尝试，相对来说比较费时；同时对于仿真建模难度较大的零件如端部绕组，准确的有限元计算也有一定的难度。

发明内容

本发明是为了解决电机模态分析时，现有方法计算难度大的问题，现提供一种计算电机正交各向异性材料参数的方法。

一种计算电机正交各向异性材料参数的方法，包括以下步骤：

步骤一：将电机的机壳、定子铁心和绕组等效为一个管状结构，以该管状结构一个端面的圆心为原点O建立柱坐标系，该柱坐标系的X轴方向为管状结构轴向、Z轴方向为管状结构径向，Y轴方向为管状结构周向；

步骤二：建立忽略转动惯量时管状结构的运动方程：

其中，N_x和N_y分别为管状结构材料沿轴向和周向的内部单位长度力，N_xy为管状结构材料在XY弧面的内部单位长度力，q_x、q_y和q_z分别为轴向、周向和径向的外部压力，u、v和w分别为管状结构上任一参考点的轴向、周向和径向位移，ρ为管状结构的密度，h为管状结构的管壁厚度，Q_x和Q_y分别为轴向和周向的剪切力，R为管状结构的半径，x为管状结构沿轴向的位移变量，y为管状结构沿周向的位移变量，t为时间；

步骤三：根据壳体振动理论，获得Q_x、Q_y、N_x、N_xy和N_y的表达式：

其中，M_x和M_y分别为轴向和周向的单位长度弯矩，M_xy为管状结构XY弧面内部的单位长度弯矩，E_y为周向的弹性模量，和分别为轴向和周向的应力，为管状结构XY弧面内部的应力，K为电机刚度，ν_xy和ν_yx分别为XY弧面的主、次泊松比，G_xy为XY弧面的剪切模量；

步骤四：设固有频率下，管状结构上任一参考点的轴向、周向和径向位移u、v和w的表达式为：