【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種電機定子總成模態(tài)正向計算方法
[0001]本專利技術(shù)涉及電機定子總成模態(tài)計算領(lǐng)域，具體是指一種電機定子總成模態(tài)正向計算方法。
技術(shù)介紹
[0002]新能源電動汽車的發(fā)展使車用電機的NVH問題越來越受到關(guān)注，模態(tài)分析是電機NVH正向開發(fā)的基礎(chǔ)。作為電磁力波激勵的直接受體，定子總成的計算模態(tài)分析是電磁噪聲精確預(yù)測與控制的關(guān)鍵。
[0003]定子鐵芯和繞組的準確建模是電機定子模態(tài)計算的核心，鐵芯和繞組均為非連續(xù)彈性體，硅鋼片層疊和繞組堆疊結(jié)構(gòu)大大增加了電機定子總成的建模難度，為了提高計算效率，通常將定子鐵芯和繞組建模為實體結(jié)構(gòu)，通過賦予定子鐵芯和繞組各向異性材料參數(shù)等效硅鋼片的層疊效應(yīng)和繞組的堆疊效應(yīng)，因此，各向異性材料參數(shù)的獲取成為電機定子模態(tài)準確計算的關(guān)鍵。專利CN108984828A、專利CN113076667A、專利CN108416157A、專利CN105608260A通過不斷調(diào)整有限元模型的材料參數(shù)使計算結(jié)果收斂到實驗結(jié)果獲得各向異性材料參數(shù)，該逆向的方法可以將定子鐵芯的計算模態(tài)誤差控制在2.5％以內(nèi)，定子總成的計算誤差控制在5％以內(nèi)，但是需要進行大量的嘗試來獲取各向異性參數(shù)；專利CN103501088B與專利CN110705149A分別通過多目標優(yōu)化和響應(yīng)面優(yōu)化方法結(jié)合模態(tài)實驗，將有限元法得到的固有頻率與實驗得到的固有頻率之間的相對誤差設(shè)為優(yōu)化對象，通過求出該相對誤差的最小值來確定各向異性材料參數(shù)。上述6篇專利都是依賴于模態(tài)實驗獲得各向異性材料參數(shù)，相比于各向同性材料參數(shù)，依靠實驗的方法獲得的各向異...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種電機定子總成模態(tài)正向計算方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：根據(jù)定子鐵芯的設(shè)計參數(shù)建立定子鐵芯的單胞模型；S2：基于定子鐵芯的單胞模型計算定子鐵芯的各向異性參數(shù)；S3：根據(jù)繞組的設(shè)計參數(shù)建立繞組的單胞模型；S4：基于繞組的單胞模型計算繞組的各向異性參數(shù)；S5：計算定子鐵芯和繞組的等效密度；S6：定子總成的計算模態(tài)分析。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機定子總成模態(tài)正向計算方法，其特征在于，所述的S1中，建立定子鐵芯的單胞模型的方法為：S1.1根據(jù)硅鋼片的規(guī)格、鐵芯的疊壓系數(shù)計算定子鐵芯單胞模型的尺寸，定子鐵芯的單胞模型包括中間層和兩側(cè)層，中間層為硅鋼層，兩側(cè)層為絕緣漆層；定子鐵芯單胞模型的總厚度L設(shè)置為硅鋼片的規(guī)格厚度，厚度指電機的軸向方向長度；定子鐵芯單胞模型中間硅鋼層的厚度為：l1＝L
×
δ；定子鐵芯單胞模型兩側(cè)絕緣漆層的總厚度為：l2＝L
?
l1，單側(cè)絕緣漆層的厚度為l2/2；式中，L為定子鐵芯單胞模型的總厚度，δ為定子鐵芯的疊壓系數(shù)，l1為定子鐵芯單胞模型中間硅鋼層的厚度，l2為定子鐵芯單胞模型兩側(cè)絕緣漆層的總厚度；S1.2根據(jù)步驟S1.1的厚度尺寸建立定子鐵芯單胞模型的三維模型，其長、寬、高均為L，并分別賦予硅鋼和絕緣漆相應(yīng)的材料屬性；S1.3首先對定子鐵芯單胞模型相互垂直的三個面進行網(wǎng)格劃分，然后采用網(wǎng)格映射的方式，將該三個面的網(wǎng)格映射到對面，使相對的兩個面的網(wǎng)格節(jié)點一一對應(yīng)，完成定子鐵芯單胞模型六個面的網(wǎng)格劃分；然后使用網(wǎng)格劃分功能對定子鐵芯單胞模型內(nèi)部其他區(qū)域進行任意網(wǎng)格劃分，生成定子鐵芯單胞模型的結(jié)構(gòu)有限元模型；S1.4將步驟S1.3獲得的定子鐵芯單胞模型的結(jié)構(gòu)有限元模型復(fù)制成三個定子鐵芯單胞結(jié)構(gòu)有限元模型，分別命名為單胞1、單胞2、單胞3，三個定子鐵芯單胞結(jié)構(gòu)有限元模型的尺寸、位置、網(wǎng)格數(shù)量、節(jié)點數(shù)量，網(wǎng)格節(jié)點坐標完全一致。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電機定子總成模態(tài)正向計算方法，其特征在于，所述的S2或S4中計算定子鐵芯或繞組的各向異性參數(shù)的方法包括如下步驟：S2.1將單胞1、單胞2和單胞3導(dǎo)入有限元軟件，提取單胞結(jié)構(gòu)有限元模型的所有節(jié)點，節(jié)點坐標為{x
n
,y
n
,z
n
}∈R
m
×3，n∈[1,m]為節(jié)點編號，m為單胞結(jié)構(gòu)有限元模型的節(jié)點總個數(shù)，{x
n
,y
n
,z
n
}∈R
m
×3表示節(jié)點坐標集合為實數(shù)集，m
×
3表示共有m個節(jié)點，每個節(jié)點包含3個坐標元素，為三維空間；S2.2根據(jù)步驟S2.1中的單胞模型的節(jié)點坐標，對單胞1所有節(jié)點施加任意的初始位移載荷使所有節(jié)點在ij方向產(chǎn)生相同的應(yīng)變ε，i,j＝1,2,3，分別對應(yīng)x,y,z方向，其中i＝j(luò)為正應(yīng)變變形，位移載荷表達式為：i≠j為切應(yīng)變變形，位移載荷表達式為：
式中，x
n
,y
n
,z
n
為節(jié)點n的坐標，ε為遠小于1應(yīng)變，可取為0.02～0.1。均表示在y
?
z方向產(chǎn)生切應(yīng)變ε對應(yīng)的位移載荷，均表示在x
?
z方向產(chǎn)生切應(yīng)變ε對應(yīng)的位移載荷，均表示在x
?
y方向產(chǎn)生切應(yīng)變ε對應(yīng)的位移載荷；S2.3對單胞1進行一次靜力學分析，計算得到所有節(jié)點的反力向量其中k,l＝1,2,3，分別對應(yīng)x,y,z方向，其中k＝l為正應(yīng)變變形產(chǎn)生的節(jié)點反力，k≠l為切應(yīng)變變形產(chǎn)生的節(jié)點反力，每個節(jié)點在x
n
,y
n
,z
n
方向均有節(jié)點反力；S2.4對單胞2施加周期邊界條件，因單胞2相對的兩個面的網(wǎng)格節(jié)點一一對應(yīng)，因此可通過對單胞2對應(yīng)面上對應(yīng)節(jié)點進行自由度耦合來實現(xiàn)，在有限元軟件中可通過MPC約束編寫約束方程來實現(xiàn)；S2.5對單胞2任意一個頂點處的節(jié)點施加位移約束，以限制其三個方向的剛體位移，避免數(shù)值奇異。將步驟S2.3反力向量根據(jù)節(jié)點坐標施加到單胞2中，對單胞2進行一次靜力學分析，計算得到所有節(jié)點的位移向量表示施加了周期邊界條件之后的位移向量，而表示步驟S2.2中未施加周期邊界條件的位移載荷；S2.6對單胞3施加步驟S2.5中的位移向量(載荷)然后對單胞3進行一次靜力學分析，計算得到單胞3所有節(jié)點的反力向量析，計算得到單胞3所有節(jié)點的反力向量表示在載荷下產(chǎn)生的節(jié)點反力；S...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬琮淦，孫榮健，王彥巖，鄭正，強桂燕，張宇，候祺瑞，葛磊，周生森，趙亮，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學蕪湖機器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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