硅钢片层叠效应对电机模态的影响

    这是笔者2021年在安世亚太工作期间写的一篇技术文章。恭祝老东家的国产CAE事业在不久的未来取得巨大胜利。

    硅钢片层叠结构在电机中可作为转子也可作为定子。在电机动力学分析实践中，大多数情况下，工程师会把硅钢片层叠结构的材料模型简化为各向同性，即忽略层叠效应。

    相比各向同性，从理论上来看，横观各向同性材料模型更适合硅钢片的实际结构。假设定子层叠的方向标记为1，其它两个方向分别标记为2和3，则6个材料参数如下，其中G23可由E2(E3)和v23推导得出，所以完全独立的材料参数为5个。

    设层叠方向为X，假设硅钢材料本身的弹性模量是200GPa，层叠方向的弹性模量则假设为150GPa，各个方向的泊松比为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。

横观各向同性

各向同性

    对某款电机的硅钢片定子模型进行自由模态分析，分析结果如下：

    总结：

    1）层叠效应对定子模态频率有影响，对模态振型基本无影响。

    2）层叠效应对层叠方向的模态频率影响大，对其它方向影响小。

    3）进行层叠结构模态分析，采用横观各向同性本构模型更准确。

    4）层叠结构采用各向同性本构，模态分析结果也具备参考价值。

    建议：对硅钢片结构振进行模态分析，作为简化方法，可以使用各向同性材料模型，径向模态有参考价值，轴向模态可能存在较大误差。如果对横观各向同性材料的各参数有把握，可以使用横观各向同性材料模型，更符合实际情况，此时径向和轴向模态都具有参考价值。