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。

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）

横观各向同性本构

设硅钢的弹性模量为200GPa，泊松比为0.3。

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：

总结和建议

• 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。

来源：安世亚太科技股份有限公司