【原创】2024年本田IMMD混动电机转子技术解析

电机转子是电机的旋转部分，能够将电能转换为机械能，实现转动的目的。具体来说，电机转子的基本功能包括以下几个方面:传递驱动力和扭矩、把电能转化为机械能、实现能量转换。 

电动机转子组件主要的结构尺寸参数包括转子铁芯内外径、转子铁芯叠高、转轴长度等主要信息，具体尺寸示意如下图1所示。

图1 电动机转子

根据上图电动机转子示意，列出主要的电动机转子尺寸参数，如下表1所示。

表1 电动机转子结构尺寸

发电机转子组件主要的结构尺寸参数也同样包括转子铁芯内外径、转子铁芯叠高、转轴长度等主要信息，具体尺寸示意如下图2所示。

图2 发电机转子

根据上图发电机转子示意，列出主要的发电机转子尺寸参数，如下表2所示。

表2 发电机转子结构尺寸

DHT系统中，发电机和电动机的转子设计铁芯内外径相同，与定子设计理念类似，通过调整铁芯叠高来实现不同的性能需求。这也是同轴电机采用定转子等径设计在集成空间上的较大优势。如果采用平行轴布置的双电机，电机外径设计一般会有差异。

转子组件主要由转轴、转子铁芯、磁钢、平衡板等部件组成，共包括12个主要部件，如下表3所示。（M代表驱动电机、G代表发电机）

表3 发电机转子组件

电机转子组件主要的12个组件结构示意如下爆炸图3所示，左边铁芯叠高较小为发电机，右边为电动机，发电机和电动机具备的零部件相近。

图3 电机转子组件

电动机转轴和发电机转轴功能一致，主要的功能为：为转子铁芯提供支撑及定位、为轴承安装提供支撑及定位、为旋变转子安装提供支撑及定位、端部花键与减速器连接传递载荷等。

电动机转轴材料、工艺、质量等信息如下表4所示。

表4 电动机转轴设计

发电机转轴材料、工艺、质量等信息如下表5所示。

表5 发电机转轴设计

发电机和电动机转轴材料、工艺以及连接输出方式相同，两根轴都采用了空心设计，达到较好的减重目的，驱动电机轴质量更轻。

电机平衡环是电机领域中一种常用的装置，它能够在一定程度上改善电机的运行效果，减少振动和噪音等现象。

电机平衡环是一种能够改善电机运行平稳性的装置，为转子组件动平衡提供去重位置，达到转子组件不平衡量，保证电机NVH。它的主要作用有以下几点：减少振动、降低噪音、延长电机寿命。

电机平衡环结构、材料、工艺等信息如下表6所示。

表6发电机平衡环设计

平衡环的设计主要是保证转子动平衡，下面对电动机和发电机转子动平衡进行计算校核。

电动机转子动平衡计算：单边不平衡量计算公式：mper=M*G*60/（2*∏*r*n）*1000/2（g），计算参数结果输出如下表7所示。

表7 电动机转子动平衡

带入电动机参数可以得出按G2.5动平衡精度（参考动平衡标准ISO1940）管控则单边去重标准为0.102g。

电动机转子动平衡计算汇总列表如下。

表8 电动机转子动平衡设计

发电机转子动平衡计算：单边不平衡量计算公式：mper=M*G*60/（2*∏*r*n）*1000/2  （g），带入发电机参数可以得出按G2.5动平衡精度管控则单边去重标准为0.071g，计算参数结果输出如下表9所示。

表9 发电机转子动平衡

带入发电机参数可以得出按G2.5动平衡精度（参考动平衡标准ISO1940）管控则单边去重标准为0.102g。

发电机转子动平衡计算汇总列表如下。

表10 发电机转子动平衡设计

电机动平衡标准等级是对电机动平衡质量的评价指标，标准等级越高，电机的动平衡质量越好。选择合适的电机动平衡标准等级，可以有效提高电机的运行稳定性和寿命。

电机转子铁芯通过嵌放电枢绕组和引导磁通，以及减少损耗的作用，实现了电能与机械能以及机械能与电能的转换，是电机中不可或缺的重要组成部分。

转子铁芯的主要设计信息如下表11所示。

表11 电机转子铁芯设计

电机铁芯设计中有个比较关键的设计参数“叠压系数”。电机铁芯叠压系数是表征电机铁芯叠装质量的一个重要指标，叠压系数的定义为理论上的净高度与实际叠片的总厚度的比值。

叠压系数是衡量铁芯叠装质量的关键，它直接影响电机的性能。理论上，叠压系数越高，铁芯中的空气隙减少，使得励磁电流减小，进而降低铁损并提高磁感。然而，实际叠压过程中，由于硅钢片存在毛刺、弯曲等特点，每片硅钢片之间不能完全无间隙，这会导致实际叠压系数略低于理论值。

在不同的工艺条件下，叠压系数可能会有所变化，一般在0.91-0.98之间。本项目设计电机叠压系数较高，性能较优越。

转子铁芯与转轴之间采用过盈+转子压圈方式进行装配。转子压圈能够提供较大的端面摩擦力，支撑电机扭矩传递，同时轴和孔过盈配合也起到了辅助电机扭矩传递的目的。铁芯与转轴配合设计如下图4所示意。

图4 铁芯转轴配合

电机铁芯是电机的核心部件，通过对铁芯的加工能够直接影响到电机的性能。电机铁芯加工工艺主要包括剪切、开槽、冲孔、钻孔、铆接等环节。

本电机铁芯模块：使用高速冲床直接冲铆形成，铆点按30°圆周均布，大小约为2mm直径圆，叠高62mm（发电机转子铁芯叠高37.6mm）。具体如下图5所示。

图5 铁芯工艺示意

电机磁钢是电机中的重要部件，主要由永磁材料制成，常见的类型包括钕铁硼磁电机磁钢、衫钴电机磁钢、铝镍钴电机磁钢等。这些磁钢在电机中的应用，通过产生磁场，与定子上的绕组相互作用，使转子受到磁力的作用而旋转，从而实现机械能的输出。

具体来说，磁钢在电机中的作用体现在以下几个方面：产生磁场、提效率、稳定运转、延长寿命，电机磁钢为电机产生稳定的磁场，驱动电机运作，是电机中必不可少的组成部分。

磁钢设计相关如下表12所示。

表12 磁钢设计参数

磁钢安装于转子铁芯主要依靠磁钢胶，也就是对磁钢涂胶水。磁钢胶的使用主要的作用为：防止磁钢松动、保护磁钢表面、提高磁钢的磁场强度、减少磁钢噪音、提高磁钢的耐磨性。除了以上几个方面，磁钢涂胶水还可以起到防水、防尘、绝缘等作用。在一些特殊环境下，如果电机需要在潮湿、高温、腐蚀性气体等条件下工作，涂胶水可以保护磁钢不受外界环境的影响，确保电机的正常运行。

磁钢胶示意如下表13所示。

表13 转子灌胶

本田IMMD电机转子具备以下优点：

轴向尺寸较小，采用扁平化设计；

电机转轴采用油冷技术，冷却较好；

电机转子叠压系数较高，电机性能优越；

转子动平衡达到G2.5动平衡精度。

本田电机转子设计集紧凑性、可靠性、高性能、NVH性能等各方面优势于一身。

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