一种计算电机正交各向异性材料参数的方法技术

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。本发明专利技术是为了解决电机模态分析时，现有方法计算难度大的问题。本发明专利技术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，本发明专利技术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。容易获得。容易获得。

【技术实现步骤摘要】
一种计算电机正交各向异性材料参数的方法


[0001]本专利技术属于电机领域。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。
[0006]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：
[0007]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；/>[0008]步骤二：建立忽略转动惯量时管状结构的运动方程：
[0009][0010][0011][0012]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；
[0013]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：
[0014][0015][0016]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；
[0017]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：
[0018][0019]其中，A、B和C均为轴向、周向和径向振幅，m为轴向模态阶次，n为径向模态阶次，l为管状结构的轴向长度；
[0020]步骤五：将步骤三获得的Q
x
、Q
y
、N
x
、N
xy
和N
y
以及步骤四获得的u、v和w均代入步骤二中的运动方程中，获得结果矩阵：
[0021][0022]其中，
[0023][0024][0025][0026][0027][0028]E
x
为轴向的弹性模量，ω＝2πf为角频率；
[0029]步骤六：令m＝0，通过实验获得n和f，将结果矩阵整理为：
[0030][0031][0032][0033][0034][0035]步骤七：使步骤六整理后的结果矩阵中[A B C]T
具有非零解，则有：
[0036]S
′
11
(S
′
22
S
′
33
‑
S
′
23
S
′
23
)＝0，
[0037]步骤八：由于管状结构在f/n非恒定情况下存在：
[0038]S
′
11
≠0且S
′
22
S
′
33
‑
S
′
23
S
′
23
＝0，
[0039]能够获得周向和径向的弹性模量E
y
和E
z
的表达式：
[0040][0041]步骤九：根据定子铁心材料的不同将管状结构沿轴向划分为结构1和结构2，并分别获得结构1和结构2的泊松比v1和v2，
[0042]步骤十：利用步骤九获得的v1和v2根据下式获得ZOY平面的泊松比v
zy
、XY弧面的主泊松比ν
xy
和XOZ平面的泊松比ν
xz
：
[0043]v
zy
＝v1α+v2(1
‑
α)，
[0044]ν
yx
＝0.03ν
xy
＝0.03ν
xz
＝ν
zy
，
[0045]其中，α为结构1体积在管状结构总体积中的占比；
[0046]步骤十一：将XY弧面的主、次泊松比ν
xy
和ν
yx
代入步骤八获得的E
y
和E
z
的表达式中，获得周向和径向的弹性模量E
y
和E
z
，然后将E
y
和E
z
代入下式获得管状结构轴向的弹性模量E
x
：
[0047][0048]步骤十二：将E
y
和v
zy
代入下式，获得ZOY平面的剪切模量G
zy
：
[0049][0050]步骤十三：根据下式获得XY弧面的剪切模量G
xy
和XOZ平面的剪切模量G
xz
：
[0051][0052]其中，E1和E2分别为结构1和结构2的弹性模量。
[0053]进一步的，上述步骤三中单位长度弯矩M
x
、M
xy
和M
y
的表达式分别如下：
[0054][0055][0056][0057]其中，D为电机弯曲刚度，
[0058]进一步的，上述电机弯曲刚度D的表达式如下：
[0059][0060]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算电机正交各向异性材料参数的方法，其特征在于，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：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f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：达式为：达式为：其中，A、B和C均为轴向、周向和径向振幅，m为轴向模态阶次，n为径向模态阶次，l为管状结构的轴向长度；步骤五：将步骤三获得的Q
x
、Q
y
、N
x
、N
xy
和N
y
以及步骤四获得的u、v和w均代入步骤二中的运动方程中，获得结果矩阵：
其中，其中，其中，其中，其中，其中，E
x
为轴向的弹性模量，ω为角频率且ω＝2πf；步骤六：令m＝0，通过实验获得n和f，将结果矩阵整理为：其中，其中，其中，其中，步骤七：使步骤六整理后的结果矩阵中[A B C]
T
具有非零解，则有：S
′
11
(S
′
22
S
′
33
‑
S
′
23
S
′
23
)＝0；步骤八：由于管状结构在f/n非恒定情况下存在：S
′
11
≠0且S
′
22
S
′
33
‑
S
′
23
S
′
23
＝0，能够获得周向和径向的弹性模量E
y
和E
z
的表达式：步骤九：根据定子铁心材料的不同将管状结构沿轴向划分为结构1和结构2，并分别获
得结构1和结构2的泊松比v1和v2；步骤十：利用步骤九获得的v1和v2根据下式获得ZOY平面的泊松比v
zy
、XY弧面的主泊松比v
xy
和XOZ平面的泊松比v
xz
：v
zy
＝v1α+v2(1
‑
α)，v
yx
＝0.03v
xy
＝0.03v
xz
＝v
zy
，其中，α为结构1体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢颖，李道璐，蔡蔚，陈鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：