“探索皖南电机转子结构优化之道”

随着汽车技术的飞速发展，节能、环保和安全性已成为汽车行业发展的三大核心趋势。汽车自重的减轻，对于降低能耗和提升环保性能具有重要意义。在电动汽车领域，电池、电机和车身结构件的重量占据了整车质量的大比重，因此，如何通过优化设计减轻这些部件的重量，是实现电动汽车轻量化的关键。

本文以皖南电机为例，探讨电动汽车驱动电机转子结构接触的非线性分析，旨在确保其结构强度符合设计要求的同时，为转子结构的形状优化提供数据参考。

仿真分析阐释

皖南电机采用内嵌式永磁电机，其转子冲片内置磁钢块，且磁极表面分布对称。这种设计不仅优化了电机的反电动势波形，还有效抑制了电机的齿槽力矩和负载力矩的扰动。在电机高速旋转时，转子结构主要承受离心力、电磁力和永磁体的吸引力。研究表明，离心力是影响转子结构强度的关键因素。本文在分析皖南电机转子结构强度时，重点考虑了离心力作用下的结构强度。

模型预处理

在SCDM软件中，我们建立了皖南电机转子冲片与磁钢的模型，转子外径为100mm，磁钢数量为12个。在转子冲片与磁钢之间建立了12对接触对，定义为摩擦接触，摩擦系数为0.15。进行网格划分，共计32万个节点和6.4万个单元。

求解设置及边界条件

在求解设置中，我们启用自动时间步长功能，将载荷步设置为1秒，初始子步设为50，*小子步数为10，*大子步数为100。对转子内圈施加固定约束，对转子与磁钢两侧面施加无摩擦约束，整个模型施加角速度为1200rad/s。

计算过程及结果

5.1 计算过程

由于计算涉及接触非线性，因此需要迭代求解，计算过程曲线如图所示。

5.2 计算结果分析

皖南电机转子*大应力为64MPa，出现在冲片中间较窄的位置，*大位移为0.0028mm，出现在转子接触位置的*外侧。转子冲片与磁钢片的主要接触位置在冲片外侧和凸台处。这是由于磁钢在离心力作用下有向外移动的趋势。

结论

从图中可见，通过上述非线性分析，得出以下结论：

1) 在1200rad/s的转速下，离心力引起的皖南电机转子变形和应力不会导致结构破坏；

2) 相邻磁钢连接处的部位是结构的薄弱环节，可考虑适当增加此处的宽度。

转子强度分析是优化设计的基础，在确保足够的强度后，才能进行结构优化。本文提出的皖南电机转子结构强度分析方法，能有效指导电机转子的设计，并应用于后续的电机产品开发过程中。通过实现仿真与设计的同步工程，使CAE在概念设计阶段介入，及早发现设计缺陷并及时进行结构改进，可以*大限度地降低设计问题，提高设计的可靠性和质量，缩短设计周期。