[发明专利]一种针对伺服电机设计的多学科联合仿真方法

权利要求书

1.一种针对伺服电机设计的多学科联合仿真方法，其特征在于步骤如下：

(1)根据伺服电机的力矩与速度包络曲线和安装空间尺寸，确定伺服电机定子和转子的电磁学仿真分析参数；

(2)根据伺服电机存运和工作过程中的受力情况和步骤(1)确定的伺服电机定子和转子的电磁学仿真分析参数，确定伺服电机静力学仿真分析参数；

(3)根据伺服电机定子、转子、壳体、转子轴部件材料的属性表，确定伺服电机的热特性仿真参数；

(4)根据步骤(1)伺服电机定子和转子的电磁学仿真分析参数，进行伺服电机电磁学有限元仿真，获得伺服电机在额定转速下的力矩、反电动势；

(5)判断步骤(4)获得的力矩、反电动势是否均满足步骤(1)力矩与速度包络曲线的要求，如果满足则进行步骤(6)，否则返回步骤(1)重新设定电机的定子、转子的电磁学仿真参数；

(6)根据步骤(1)的伺服电机定子和转子的电磁学仿真分析参数和步骤(2)的伺服电机壳体和转子轴的静力学仿真分析参数，建立伺服电机的几何构型；

(7)根据步骤(2)确定的伺服电机壳体和转子轴的静力学仿真分析参数和步骤(6)建立伺服电机的几何构型，对伺服电机壳体和转子轴进行静力学有限元仿真，获得伺服电机的静力学承力特性，包括壳体和转子轴在受最大承载力的拉压情况下的应力应变云图；

(8)判断步骤(7)获得的壳体或转子轴应力应变云图是否超出了要求的极限受力情况，如果超出，则返回步骤(2)重新设定壳体或转子轴的静力学仿真参数，如果未超出，则进行步骤(11)；

(9)在步骤(7)进行的同时，根据步骤(3)确定伺服电机的热特性仿真参数和步骤(6)建立的几何构型，进行伺服电机热特性仿真有限元分析，获得伺服电机的热防护特性，包括伺服电机的热分布云图；

(10)判断步骤(9)获得的伺服电机热分布云图中伺服电机的定子、转子、壳体和转子轴的最高温度是否超过了极限温度，如果其中一个以上超出，则返回步骤(3)对超过了极限温度的部件的材料进行更换，若材料无法更换，则返回步骤(1)，重新确定伺服电机定子和转子的电磁学仿真分析参数；如果均不超出极限温度，则进行步骤(11)；

(11)将满足伺服电机电磁出力特性、热防护特性和静力学承力特性的伺服电机的定子和转子的电磁学仿真分析参数、壳体和转子轴的静力学仿真分析参数、确定伺服电机的热特性仿真参数记录形成伺服电机的设计方案并存入数据库。

2.根据权利要求1所述的一种针对伺服电机设计的多学科联合仿真方法，其特征在于：安装空间尺寸，包括：长、宽和高，即一个矩形空间，在三维正交坐标系O-XYZ中表示，长和宽均位于OXY平面，高沿Z轴正方向；

伺服电机定子和转子的电磁学仿真分析参数，包括：定义伺服电机定子和转子几何外形的几何参数和电磁学有限元仿真的仿真设置参数，定子几何参数包括：定子外径、定子内径、定子长度、定子的槽深、定子的槽底宽、定子的槽扩口宽、定子的槽扩口深、定子的槽口宽、定子的槽口深、定子的槽倒角半径；转子几何参数包括：转子外径、转子内径、转子长度、永磁体厚度；电磁学有限元仿真的仿真设置参数包括：定子的材料、转子的材料、伺服电机转速、三相电流的表达式、仿真步长和仿真时间。