电机电磁

   电机电磁

   目前电机行业所面临着产品性能、质量、价格的竞争越来越激烈，以前那种依靠经验或者磁路法设计结合样机制作的方法已经不能满足市场的需求。

   为了提高产品的技术含量，有限元法作为一种先进的算法被引进进来和电磁场、应力场以及温度场共同进行电机方面的设计，还原电机设计的本质，进而提高产品的竞争力，从而提高企业产品的附加值和利润。

   行业方案

   有限元科技能提供优质快速的电机设计与电磁分析服务，内容包括：

   1、电机设计

   同步发电机设计与优化

   无刷直流电机设计与优化

   传统有刷整流电机设计与优化

   感应电机设计与优化

   2、电机电磁分析

   电机结构分析

   电机基本性能分析

   电机电场分析

   电机冷却分析

   磁屏蔽分析

   永磁电机的交直轴电感计算

   3、电机温度场和流体场计算

   电机内温度场计算

   大型电机的水冷却分析、空气冷却分析、油冷却分析

   电机风扇冷却分析

   噪声分析

   4、电磁场分析

   稳态磁场分析: 激励不随时间变化,如永磁体的磁场、稳恒电流产生的磁场等

   谐性磁场分析: 激励按正余弦规律变化,如感应式电机

   瞬态磁场分析: 激励随时间无规律变化

   行业案例：

   2、永磁直流牵引电机接触有限元分析

   （1）电机结构强度 

   在汽车牵引电机的设计过程中，可靠性的设计越来越重要，尤其是在产品的概念设计阶段和试制阶段。产品的可靠性增加也就意味着它将会具有更好的使用性能和寿命，这种产品可靠性的优势在未来市场的竞争中将会越来越显得重要。轻型化也是电机制造的。

   在汽车牵引电机的设计过程中，可靠性的设计越来越重要，尤其是在产品的概念设计阶段和试制阶段。产品的可靠性增加也就意味着它将会具有更好的使用性能和寿命，这种产品可靠性的优势在未来市场的竞争中将会越来越显得重要[1]。轻型化也是电机制造的发展趋势，合理的结构设计不仅可以满足强度和刚度要求，而且还可以节省大量的材料，从而降低产品的制造成本。电机的前后端盖是整个电机的重要结构组成部分，在电机运转过程中，前后端盖的受力情况非常复杂，制造使用的材料一般为成本较高铸铝合金。因此，结构优化设计对整个电机成本的降低和质量的提高具有很大的作用。

   常规的有限元分析仅仅是局限于单个零部件的模拟和计算，而零部件之间受力状况较复杂，存在着各个受力部件之间的相互作用的情况，因此有必要对整个电机装配状态下的受力进行分析，装配体的分析涉及到很多非线性因素。接触分析是一种高度复杂的非线性行为，合理的接触分析对结果的正确性和合理性密切相关[2]。本文通过ANSYS软件中特殊的预紧单元对前后端盖进行了特定力矩下的装配预紧，最后对整个模型进行了接触状态下的分析并进行了有限元计算，在此基础上，对实际的电机的装配过程进行了应力应变实验测定，并与有限元计算结果进行了对比。

   （2）有限元模型的建立

   利用建模软件Pro-Engineer 建立了永磁直流电机的三维模型，然后导入到ANSYS中进行前处理， 电机运转过程之中受力情况复杂，主要为螺栓的预紧力，自身的重力，转子旋转造成的不平衡力以及单边磁拉力，其中螺栓的预紧力对电机前后端盖的受力状况和运转可靠性影响最大。在对电机整体进行了网格划分之后，需要进行接触分析设置，接触单元选取ANSYS单元库中的3D-CONTA174为目标面，3D-TARGE170为接触面，是面与面的接触。此次分析中共设置了8个接触对。由于电机中间部分机壳和预紧螺栓的材料为45钢,其弹性模量远大于端盖制造材料铸铝合金的弹性模量，因此把前后端盖和机壳之间的接触，转轴和前后端盖之间的接触看作刚柔接触。表1为装配体零件材料的属性，其中电机前端盖和后端盖的材料为铸铝合金，转轴、机壳和预紧螺栓的材料为45钢。

   利用ANSYS软件对汽车牵引电机的装配体结构进行了非线性的接触有限元分析，并对电机的装配过程进行了相应的应力应变实验测定。数值模拟和实验结果对比表明，基于非线性理论的接触分析适合于复杂装配体结构静力分析，有限元接触分析不但能够正确的反映受力零部件内部的应力分布状态，而且还具有较高的模拟计算精度。