电机 CAE 结构及振动噪声仿真解决方案:
必要性分析及研究现状
1.1 电机结构仿真的必要性
电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。电机作为电能生产、传输、使用和电能特性变换的核心装备，在现代社会各个行业和部门中占据着越来越重要的地位。
电机设计是一个复杂的过程，针对具体情况采取不同的解决方法。电机的各项性能之间以及技术指标和经济指标之间，经常存在矛盾，因此必须全面照顾。结构设计的任务是确定电机的机械结构、零部件尺寸、加工要求与材料的规格及性能要求。由于工作原理和结构的复杂性，电机在研发过程中涉及到电磁、强度、刚度、通风散热等多方面的工程问题和物理问题。借助CAD建模及仿真技术，可以克服传统设计方法过于依赖经验和试验、成本高、周期长的不足，全面提升电机的研发设计水平。
在电机设计中，通过应力的计算，可以判断结构的强度是否满足设计要求，通过位移的计算，可以判断结构的变形是否满足设计及使用要求，通过固有频率的计算，可以判断电机在运行过程中是否会出现共振以及在何转速下会发生共振，这些参数的确定对于电机设计是至关重要的。
1.2 电机结构仿真的研究现状
电机的振动是目前电机结构设计最关注的问题，分别由电磁振动、机械振动、气体振动三部分组成。电磁振动是由电机气隙中磁场的相互作用，在转子和定子上产生随时间和空间变化的电磁力，使电机产生振动。机械振动是由转子的不平衡、轴承等机械结构或装置引起的振动。气体振动是由电机通风部件中的空气流动或由空气动力引起的振动。电磁振动是许多大中型电机的主要振动源。由于电机的电磁振动是电机电磁场和电机结构相互作用的结果，那么利用磁-固耦合振动理论来研究电机的电磁振动是寻找电机电磁振动产生机理以及解决电机电磁振动最有效的方法。由于电磁力是电机电磁振动的激励源， 其计算的精度决定了电机电磁振动的计算精度， 所以目前在电机电磁振动的研究中大多采用数值分析法来计算电机的电磁力。
2 ANSYS电机结构仿真研究方向
在电机结构计算分析中，主要包含以下几个部分：
1)静力学分析：电机转轴结构强度和刚度 ( 挠度 ) 分析等；
2)疲劳寿命分析：电机转轴、基座、整机的在交变载荷、振动工况下的疲劳寿命分析；
3)动力学分析：包括模态分析；谐响应分析；转子振动分析；转子、定子、机座耦合振动分析；定子及底座振动分析；共振、临界转速分析，瞬态相应特性；
4)噪声分析：由电机振动引起的振动噪声、电机风扇引起的气动噪声等；
5)多物理场耦合分析：电机电磁、热、流体、结构相互作用。
将有限元分析软件应用到电机结构设计中，使对于电机机械的计算结果更准确，直观。对于复杂的电机结构，及多变的载荷形式，计算结果比传统计算手段准确得多。此外，根据特种电机的要求，可以进行深度的分析，如爆炸模拟，冲击模拟等，对于电机的设计起到指导性作用。
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