电机NVH结构仿真 | 硅钢片层叠效应对电机模态的影响


电机的定子结构通常是硅钢片层叠而成,在研究定子动力特性的时候,材料本构的定义对分析结果无疑是非常重要的。将定子的本构模型考虑为各向同性材料还是横观各向同性材料,它们对分析结果的影响又是什么样的?这是值得思考的问题。



横观各向同性材料

电机结构的定子或转子一般由硅钢片层叠而成,在电机的动力学分析实践中,工程师往往会把硅钢片层叠结构的本构模型简化为各向同性,也就是忽略了层叠效应。相比各向同性,横观各向同性本构模型更符合硅钢片结构的实际情况。设定子层叠方向标记为1,其它两个方向标记为2和3,则6个材料参数如下,由于G23可由E2(E3)和v23推导得出,所以独立的材料参数为5个

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在Workbench中的材料参数设置

设层叠方向为X,假设硅钢材料本身的弹性模量是200GPa,假设层叠方向的弹性模量为150GPa,假设各个方向的泊松比都为0.3,硅钢材料剪切模量Shear Modulus YZ可按各向同性材料公式计算,其它两个剪切模量假设为0.9倍硅钢剪切模量。(材料参数来源于论文数据)


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横观各向同性本构


设硅钢的弹性模量为200GPa,泊松比为0.3。


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各向同性本构

模态分析结果

导入某款电机的硅钢片定子模型,进行自由模态分析,结果如下:


电机NVH结构仿真 | 硅钢片层叠效应对电机模态的影响的图4

总结和建议

电机NVH结构仿真 | 硅钢片层叠效应对电机模态的影响的图5

  • 考虑层叠效应对定子模态频率有影响,对模态振型一般无影响。

  • 层叠效应对层叠方向的模态频率影响较大,对其它两个方向影响较小。

  • 进行层叠结构模态分析时,采用横观各向同性本构模型更准确。

  • 对层叠结构采用各向同性本构,模态分析结果也具有一定参考价值。


建议:在定子振动分析中,如果要简化分析,可以使用各向同性材料,径向模态有参考价值,轴向模态可能误差较大。如果对横观各向同性材料各参数有把握,也可以使用横观各向同性材料,一般来说,此时径向和轴向模态都具有参考价值。

电机NVH硅钢片层叠效应

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