介绍
电机是将电能转化为机械能的装置，其在制造业、能源、交通等众多领域得到了广泛应用。随着新能源和机器人行业的发展，为了更好的集成，节省空间，看到了很多电机和减速机一体化的设计，比如电车中的多合一电驱，机器人的关节。
但是目前并没有一种很好软件综合分析电机合齿轮系统的动力学响应。
在Romax和ANSYS motion中需要导入电机的激励，而Maxwell更多的侧重于电机设计。
在求解器方面，很多软件是基于多体动力学，DAE的分析方式不能很好的考虑旋转效应，在高速旋转的条件下求解是不真实的。
为此笔者想基于转子动力学，借助Matlab平台逐步集成电机、齿轮和轴承，以综合考虑电磁和结构的耦合效应。
转子动力学
目前Baffalo中的动力学模块已经能够比较好的处理带控制的单轴转子动力学问题，后续重新架构整个模块，从单轴逐步拓展为多轴的转子动力学问题.
电机模块
因为开源软件FEMM[3]在matlab平台上接口很方便，所以整个电磁求解也以FEMM为主，这个模块基本的参数设置也基本完成，可以很方便得参数化电机模型。同时因为接入matlab的缘故，也可以很好的写入simulink中。
以一个简单的8极12槽直流无刷电机为例：
设置转子类型：
设置定子槽类型：
目前线圈的绕组没法很方便的定义，需要自行设置电流，电流也可从Simulink中导出。
ia=3*cos(0);
ib=3*cos(2*pi/3);
ic=3*cos(4*pi/3);
Current=[-ic;ia;-ia;ib;-ib;ic;-ic;ia;-ia;ib;-ib;ic;-ic;ia;-ia;ib;-ib;ic;-ic;ia;-ia;ib;-ib;ic];
S=RMaterial('Magnetic');
mat=GetMat(S,[72,80,80,93,29]');
inputStruct1.Rotor_ID=18;
inputStruct1.Rotor_OD=49.2;
inputStruct1.PoleNum=8;
inputStruct1.Length=195.5;
inputStruct1.Magnet_Geo=2.8;
inputStruct1.Stator_SlotGeo=[2.5,6.8,12.4,1,0.8,10.5,1];
inputStruct1.Stator_SlotNum=12;
inputStruct1.Stator_ID=50;
inputStruct1.Stator_OD=100;
inputStruct1.ConductorNum=38;
inputStruct1.WindingLayer=2;
inputStruct1.Current=Current;
inputStruct1.Movement=[0;0;0];
paramsStruct1.PoleEmbrace=0.7;
paramsStruct1.Material=mat;
paramsStruct1.PoleType=1;
paramsStruct1.SlotType=3;
paramsStruct1.WindingType=1;
paramsStruct1.FillFactor=0.52;
M= motor.PM_DC_Motor(paramsStruct1, inputStruct1);
M= M.solve();
Plot2D(M)
Plot3D(M)
M=CalMagneticField(M);
disp(M.output.FEA_Force)
导出到FEMM中：
电磁仿真：
电机微元法
在理想的情况下，定子和转子之间的气隙均匀，磁路对称。转子在均匀磁场中旋转，径向的电磁力总和为零。当电机转子偏心时，会产生不平衡的电磁激励，即不平衡的磁拉力。以一个截面来看，转子转动时，其不仅会绕孔几何中心旋转，也会绕自身的轴线旋转，其一般由不平衡的力或是转轴的弯曲造成
从轴向来看，电机转子也会发生倾斜，这些都会对其振动和噪声产生影响。
但是如果考虑采用3D实体模拟的方式，计算的成本太高，必然无法实现动力学的分析，需要考虑降阶的分析方法。类似于轴承和齿轮切片的思想，考虑建立电机转子的微元模型，将3D转2D，并量化微元中不平衡磁拉力与电流和偏心的关系。这样就可以在动力学考虑磁和结构的耦合关系。这将是之后电机模块开发的重点。
参考文献
[1] https://www.feacat.com/2025/07/13/%E5%BC%80%E6%BA%90%E8%BD%AC%E5%AD%90%E5%8A%A8%E5%8A%9B%E5%AD%A6%E6%A8%A1%E5%9D%97/
[2] https://www.feacat.com/2025/03/04/RotDyn/
[3] OctaveFEMM Manual
[4] https://www.feacat.com/2025/05/06/FEMM%20Solver%20Test/
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