燕山大学等机构联合研究成果：电机转子铁心剥离模型建立与径向磁密分析- 大数跨境

今日电机

2022-09-30

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为保证车用永磁同步电机转子铁心具有承受较大剥离力的能力，又避免对转子铁心进行破坏性的剥离实验，论文建立了转子铁心最大剥离力预测有限元模型，构建了电机转子铁心剥离实验平台，比较了叠铆和胶粘两种工艺的能量转化率和气隙磁密正弦度，证明了胶粘工艺在一定程度上优于叠铆工艺，为铁心制造工艺的选取和优化提供依据。

1研究背景

永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，PMSM）具有高效率、高功率密度、体积小且结构简单、转矩惯性比大等特点，被广泛应用于新能源汽车。转子铁心是 PMSM 的关键组成部件，在运转过程中，转子铁心会受到多种力的综合作用，易发生振动。为防止松脱，转子铁心须具有承受较大剥离力的能力。目前国内学者通过试验开展了较多相关研究，但通过数值模拟手段对剥离力进行的研究还较少。用有限元仿真可有效代替试验测试，获得转子铁心剥离力数值，可避免转子铁心试样损毁，降低铁心研发成本。

2研究内容

1）构建叠铆型转子铁心剥离强度仿真模型：在力能等效的前提下，对叠铆型转子铁心模型进行合理简化，以求解叠铆型转子铁心最大剥离力，精准预测其剥离强度。

Fig.1 转子铁心受力分析

2）构建胶粘型转子铁心剥离强度仿真模型：通过引入内聚力模型的方式，在力能等效的前提下对胶粘型铁心的剥离强度进行仿真预测。

表1胶层模拟参数

Fig.2 简化模型及其边界条件

3）电机空载气隙磁通密度分析模型的建立：通过使用电磁场仿真软件ANSYS Maxwell，建立不同叠压方式下电机空载气隙磁密仿真模型，分析比较叠压方式对电机电磁性能的影响。

4）搭建电机转子铁心剥离实验平台：利用TY8000伺服控制材料试验机对不同扣点数量的叠铆型转子铁心、不同胶粘面积的胶粘型转子铁心进行剥离实验，实验中精准控制保压压力、保压时间、泄压压力、泄压时间，以保证实验的准确性。

Fig.3 铁心剥离性能测量实验平台

Fig.4 铁心剥离实验测量样品

3研究结果

1）叠铆型转子铁心剥离模型：该模型建立方法可以精准预测叠铆型转子铁心的最大剥离力，最大剥离力误差低于15%，结果准确可靠。

Fig.5 叠铆型转子铁心最大剥离力仿真与实验对比

2）胶粘型转子铁心剥离模型：该模型建立方法可以精准预测叠铆型转子铁心的最大剥离力，仿真结果曲线与实验结果曲线形态一致，均为“双线性”形态，其最大剥离力最大误差为9.3%，预测结果准确可靠。

Fig.6 胶粘型转子铁心剥离力-位移曲线仿真与实验对比

3）电机空载气隙磁通密度分析模型：模拟结果显示胶粘型电机的基波幅值为0.6633T，叠铆型电机为0.5847T，胶粘型电机的基波幅值略大于扣点叠铆型电机。胶粘型电机的正弦波畸变率为24.1%，叠铆型电机为25.3%。胶粘型电机气隙磁场谐波含量略有减小，正弦性畸变率略有下降，胶粘型电机的正弦度更好，电机性能更优。

Fig.7 径向磁密波形及傅里叶分析结果

表2 各次谐波幅值 (T)

4创新点和意义

为保证车用永磁同步电机转子铁心具有承受较大剥离力的能力，又避免对转子铁心进行破坏性的剥离实验，论文建立了转子铁心最大剥离力预测有限元模型，为转子铁心最大剥离力的预测提供参考依据，降低了铁心制造过程中的测试成本。同时构建了电机转子铁心剥离实验平台，确定了电机空载径向磁密分析过程，比较了叠铆和胶粘两种工艺的能量转化率和气隙磁密正弦度，为铁心制造工艺的选取和优化提供依据。

来源：汽车工程编辑部

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