高速永磁电机转子结构与强度分析

高速永磁同步电机电磁分析与转子动力学研究1. 本文概述本文旨在深入研究高速永磁同步电机（PMSM）的电磁分析与转子动力学特性。

随着现代工业技术的发展，高速永磁同步电机以其高效率、高功率密度和良好的调速性能，在航空航天、机床工具、新能源发电等领域得到了广泛应用。

对高速永磁同步电机进行深入的电磁分析和转子动力学研究，对于优化电机设计、提高电机性能、拓宽应用领域具有重要意义。

本文将首先介绍高速永磁同步电机的基本结构和工作原理，为后续分析提供理论基础。

随后，文章将重点围绕电磁分析展开，包括电机绕组设计、磁路分析、电磁场计算等方面，以揭示电机内部电磁过程的本质规律。

在此基础上，本文将进一步探讨高速永磁同步电机的转子动力学特性，包括转子动力学模型建立、模态分析、振动噪声控制等内容，以揭示电机在高速运行过程中的动态响应和稳定性问题。

本文将对高速永磁同步电机的电磁分析与转子动力学研究进行总结，归纳出电机设计优化的关键因素，为未来的电机研发和应用提供有益的参考。

通过本文的研究，期望能为高速永磁同步电机的技术进步和产业发展做出一定的贡献。

2. 高速永磁同步电机的基本理论高速永磁同步电机（HighSpeed Permanent Magnet Synchronous Machine, HSPMSM）是一种广泛应用于航空航天、高速列车、风力发电等领域的电机。

其基本工作原理基于电磁感应定律和洛伦兹力定律。

在电机中，通过在转子上安装永磁体和在定子上布置三相绕组，当三相交流电通过绕组时，产生旋转磁场。

这个旋转磁场与永磁体的磁场相互作用，产生转矩，驱动转子旋转。

电磁场的分析是理解HSPMSM运行特性的关键。

主要分析内容包括磁场的分布、磁通量的路径以及电磁力的大小和方向。

这些分析通常基于麦克斯韦方程组，通过有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）等数值方法进行。

通过电磁场分析，可以准确预测电机的电磁性能，如转矩、反电动势和效率。

永磁同步电动机转子部分的结构分析与研究摘要：永磁同步电机具有许多优点，是未来最具应用前景的电机之一。

本文介绍了永磁同步电机的特点和工作原理，全面剖析了永磁同步电机转子部分的结构，并提出了一些优化思路。

关键词：永磁同步电机；转子；结构分析；优化随着我国制造业的发展，电子工业也得到了快速的进步，作为装备制造业的核心关键技术，高质量的电动机系统成为人们关注的重要焦点之一。

电机的综合性能可以直接影响弊端装备制造的效率和产品质量，而永磁同步电机（Permanent-Magnet Synchronous Motor, PMSM）相对于传统的电机系统具有诸多优点，是未来最具使用前景的电机之一。

本文主要研究永磁同步电机的转子结构和优化问题。

1永磁同步电机概述1.1永磁同步电机的特点所谓“永磁”是指电机转子部分是采用永磁体为原料制造的，这是对传统电机结构的一种优化，使电机综合性能得到了进一步的提升。

而所谓“同步”是指转子转速恰好等于定子绕组的电流频率，通过改变输入定子绕组的电流频率来达到控制电机转速的目的。

与传统的电机相比，永磁电机具有体积小、重量轻、功率高、转矩大、结构简单等优点，尤其是在功率/质量比、极限转速、制动性能等方面的性能提升更是十分明显。

随着各种新技术、新工艺和新材料的出现，永磁同步电机的励磁方式也在持续发展和优化，目前已经可以实现励磁装置的自适应最佳调节。

永磁同步电机非常适用于要求连续的、均速的、单方向运行的机械设备，如风机、泵、压缩机、普通机床等，因而在工业、农业等领域均有着广泛的应用。

1.2永磁同步电机的工作原理在传统的交流异步电机中，首先要求定子的旋转磁场在转子绕组中感应出电流，然后再由这些感应电流产生转子磁场。

根据楞次定律，转子始终保持着跟随定子旋转磁场转动的状态，但其速度总会慢一些，因而被形象地称为“异步”电机。

现在假设转子绕组电流不是由定子旋转磁场感应出来的，而是其本身提供的，那么显然转子磁场就和定子旋转磁场没有什么关系了。

高速磁悬浮永磁电机多物理场分析及转子损耗优化韩邦成;薛庆昊;刘旭【摘要】为提高高速磁悬浮永磁电机的综合性能,得到最优的设计参数,针对一台30 kW,48 000 rpm的磁悬浮电机进行了电磁场、转子动力学以及转子强度分析,提出一种基于多物理场分析结果的电机尺寸优化方法.使用ANSYS以及ANSOFT 对电机进行建模和有限元分析,并用ISIGHT软件进行集成优化设计.以转子损耗最小为优化目标,电机几何尺寸为设计变量,在优化过程中考虑尺寸变化对电机转子模态以及强度的影响,以尺寸、电机电磁性能、力学性能等为约束条件.经过优化后,电机的转子损耗减小16.7％,其余性能均符合设计要求.根据优化设计结果加工了样机并进行电机对拖与温升实验,结果证明了优化设计的合理性,验证了本文提出方法的正确性.%To improve the overall performance of high-speed magnetic suspension PM machine and obtain the optimal design parameters,an electromagnetic filed,rotor dynamics and rotor strength analysis was conducted on a magnetic suspension machine (30 kW,48 000 rpm),and a size optimization method based on such multi-physics analysis was put ed ANSYS and ANSOFT to carry out modeling and finite element analysis on the motor,and then completed the integrated optimization designed by adopting the ISIGHT software,taking the impact of dimensional change on the rotor model and rotor strength into consideration,with the minimum rotor loss as the optimizationgoal,geometric dimension of the motor as the design variable,and dimension,magnetic performance and mechanical performance as the constraint conditions.After such optimization,rotor loss of the motor wasdecreased by 16.7％,with other performances in compliance with the design requirements.Then a back-to-back test and temperature rise test were carried out in the model machine based on the optimization design results.The test results verify the reasonability of such optimization design and correctness of the method put forward in this paper.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2017(025)003【总页数】9页(P680-688)【关键词】电磁分析;多物理场;高速磁悬浮电机;永磁电机;有限元【作者】韩邦成;薛庆昊;刘旭【作者单位】北京航空航天大学惯性技术重点实验室,北京100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,北京100191;北京市高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心,北京100191;北京航空航天大学惯性技术重点实验室,北京100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,北京100191;北京市高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心,北京100191;北京航空航天大学惯性技术重点实验室,北京100191;北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,北京100191;北京市高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心,北京100191【正文语种】中文【中图分类】TB853.29随着现代工业的发展，对高速永磁电机的应用越来越多，在国防领域有飞轮、控制力矩陀螺，民用领域有空调压缩机[1]、数控机床和高速离心设备等。

工程技术DOI：10.16660/ki.1674-098X.2011-5640-6249内置式高速永磁电机转子强度分析赵亮（国能宝日希勒能源有限公司 内蒙古呼伦贝尔 021500）摘 要：内置式高速永磁电机转子在高速运行时，因受到巨大离心力的作用，极易受到损坏。

针对该问题借助有限元软件对“一”字型径向充磁内置式永磁电机转子进行了强度仿真分析。

提出了一种永磁体“一”字型分段内置式转子结构，通过计算不同加强筋数量时转子所受的最大应力，总结出加强筋数量对转子机械性能的影响规律，通过结果对比得出永磁体周向分段结构能有效减小转子所受应力的最大值，对高速内置式永磁转子设计具有一定的指导意义。

关键词：内置式永磁电机 强度分析 加强筋 有限元分析中图分类号：TM355 文献标识码：A文章编号：1674-098X(2021)05(a)-0055-04Mechanical Strength Analysis of High Speed Interior PermanentMagnet Synchronous MotorZHAO Liang(Guoneng Baorixile Energy Corporation, Hulunbeier, Inner Mongolia Autonomous Region, 021500 China)Abstract : The rotor of the interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) is easily damaged due to the huge centrifugal force during high-speed operation. In order to solve this problem, the strength analysis of the rotor of the IPMSM with radial magnetization is carried out by the f inite element analysis. In this paper, a "一" shaped segmented interior permanent magnet rotor structure is proposed. By calculating the maximum stress of the rotor with different number of stiffeners, the inf luence of the number of stiffeners on the mechanical properties of the rotor is summarized. Through the comparison of the results, it is concluded that the circumferential segmented structure of permanent magnet can effectively reduce the maximum stress on the rotor, which has a certain value for the design of high-speed built-in permanent magnet rotor guiding signif icance.Key Words : IPMSM; Strength analysis; Stiffener; Finite element analysis作者简介：赵亮（1972—），女，本科，高级工程师，研究方向为电气自动化。

永磁同步电机转子结构概述及解释说明1. 引言1.1 概述永磁同步电机是目前较为先进和广泛应用的一种电机类型。

其核心部分是转子结构，决定了电机的性能和特点。

因此，了解和掌握永磁同步电机转子结构的概述及解释非常重要。

本文将深入介绍永磁同步电机转子结构的相关知识，并对其进行详细说明。

1.2 文章结构本文分为五个主要部分：引言、永磁同步电机转子结构概述、永磁同步电机转子结构解释说明、应用领域与发展趋势分析以及结论与展望。

在引言部分，将对文章整体内容进行概括，并阐明文章的架构安排。

1.3 目的本文旨在全面介绍永磁同步电机转子结构相关知识，深入剖析其内部组成和工作原理，提供读者对该领域有一个清晰而全面的了解。

同时，通过分析其应用领域与发展趋势，帮助读者把握未来该技术的发展方向和潜力。

请注意以上内容并按要求对文章部分进行撰写。

2. 永磁同步电机转子结构概述2.1 定义与背景永磁同步电机是一种采用永磁体作为励磁源，利用旋转的磁场与定子绕组产生的交变磁场进行互相作用而工作的电机。

其主要特点是具有较高的效率、功率密度和动态响应能力，因此在许多领域被广泛应用。

2.2 基本原理永磁同步电机转子结构是其关键部分之一。

转子结构由永磁体和铁芯组成。

永磁体是通过将永磁材料固定在转子上而形成的，它产生固定的、恒定的磁场。

铁芯则用于引导和增强磁场，在转子运行时保持稳定性。

通过控制电流流过定子绕组，可以改变转子上的磁场分布，从而控制电机的输出。

2.3 工作原理及特点当三相交流电流与旋转的磁场相互作用时，产生了由Lorentz力驱动的转子运动。

这种方式使得永磁同步电机具有自同步性，即转子速度与旋转磁场的频率同步。

同时，由于永磁体固定在转子上，无需额外的励磁电流，因此具有较高的效率。

此外，永磁同步电机还具有快速响应、宽范围调速和较低的机械损耗等特点。

总结起来，永磁同步电机转子结构是由永磁体和铁芯组成，并通过控制定子绕组电流与旋转磁场相互作用实现运动。

摘要高速电机现正成为电机领域的研究热点之一。

其主要特点有两个：一是转子的高速旋转；二是定子绕组电流和铁心中磁通的高频率。

由此决定了不同于普通电机的高速电机特有的关键技术。

本文针对一台已经研制出的100KW高速永磁电机的机械特性进行了分析研究。

主要包括以下内容：首先，对高速永磁电机的定子、转子结构，工作原理和ANSYS软件进行了简单的介绍。

定子主要由机座、主磁极、换向极和电刷装置组成，作用是产生磁场。

转子由电枢铁心和电枢绕组，换向器，轴及风扇等组成，作用是产生电磁转矩和感应电动势。

电机中的电磁能与机械能的转换是在磁场中完成的，本设计中采用永磁体建立磁场，完成能量的转换。

其次，对高速永磁电机的转子强度进行了分析。

基于弹性力学理论和有限元接触理论建立了高速永磁转子应力计算模型，确定了护套和永磁体之间的过盈量，分析了永磁体和护套的强度。

永磁体与护套之间采用过盈配合，用护套对永磁体施加静态预压力抵消高速旋转产生的拉应力，使永磁体高速旋转时仍能承受一定的压应力，从而保证永磁转子的安全运行。

关键词：高速永磁电机，转子强度，ANSYS软件AbstractThe high-speed electrical motors are now becoming one of the hot areas of research. There are two main features: First, the rotor high-speed rotation and the other is the stator windings current and iron hearts of the high-frequency magnetic flux. This decision is different from the ordinary high-speed electrical motor unique key technologies. This paper has developed a 100 KW of high-speed permanent magnet motor of the mechanical properties of the analysis. Mainly include the following: First, It is the simple introduction to the high-speed permanent magnet motor stator and rotor structure, working principle and ANSYS software. Stator mainly consists of the main magnetic pole, and brush, acting as generating the magnetic field. Rotor consists of the armature core and armature winding, commentator, shaft and fan, and other components, acting a role in the electromagnetic torque sensors and EMF. The conversion between the electromagnetic energy and mechanical energy is completed in the magnetic field, and permanent magnet was applied in this designing to establish magnetic field to complete the conversion of energy.Secondly, the analysis of the rotor strength of the high-speed permanent magnet motor. On the basis the elasticity theory and finite element contact theory established a high-speed permanent magnet rotor stress model to determine the sheath between the permanent magnet and a win amount of sheathing and the permanent magnet strength. Permanent magnet and used between the jacket fit, with the permanent magnet sheath static pre-imposed pressure to offset high-speed rotation of the stress so that the permanent magnet can bear a certain stress at high-speed rotation, thus ensuring permanent magnet rotor the safe operation.Key words:high-speed permanent magnet motor, the rotor strength, ANSYS software1.1课题的来源及意义现代社会中，电能是使用最广泛的一种能源。

高速永磁电机转子强度分析与护套设计摘要：由于其功率密度大，效率高，在离心压缩机和飞轮储能等方面得到了广泛的应用。

高速电动机在工作过程中，转子零件承受着很大的离心力，为了确保永磁的安全性，通常会使用带有转子套的平板型永磁转子。

常用的转子护层材料有两种，一种是高强度的金属材料（例如钛合金， Inconel合金），另一种是高强度的复合材料（例如碳纤维，玻璃纤维，芳纶纤维），它们之间的物理特性存在着较大的区别：金属护层具有较好的导电性能，并且在护层内存在较大的涡流损失，但是它的热传导系数较高，并且转子易于散失热量。

纤维外套的导热系数非常低，在外套内没有任何的漩涡，也没有任何的损失。

在此基础上，研究了不同的包层材料对转子磁通损失和温升的影响。

关键词：高速永磁电机；转子强度；护套设计1高速永磁电机设计技术1.1电机磁悬浮技术目前，在电机中普遍使用的是机械式轴承，存在着较大的摩擦力和较高的功耗等缺点。

在此基础上，提出了一种新型的无接触式永磁电动机轴承。

采用该轴承延长了电动机的寿命，并将逐渐向高速电动机中推广。

1.2电机定子的设计定子对电机的散热起到了很大的作用，因此在设计电动机时，对其进行合理的选择是一个很关键的工作。

当前，大部分的定子都是环状绕组，它可以极大地减小电动机的轴向要求，提高转子的韧性。

在此基础上，提出了一系列的凹槽，以提供部分的散热器，使其始终保持在恒温状态。

应指出，当马达在高速运行时，有凹槽现象，会加大马达的损耗。

为了降低这个损失，一般这样的马达都要延长空气间隙来冷却热量。

在材质的选择上，为了减小铁心上的滞后损失，通常会使用0.2 mm以下的普通硅钢。

1.3电机转子的设计从永磁电机的工作原理可以看出，在电磁效应的影响下，转子将处于高速转动状态，并且两个转子之间的速度非常迅速，将会产生很大的离心力，对转子的强度有很高的要求。

而且，在高温下，电动机的转子极易受到损伤，从而对电动机的正常工作造成很大的影响。

永磁交流电机转子拓扑结构对比分析与优化设计发布时间：2023-02-20T08:45:32.039Z 来源：《科学与技术》2022年19期作者：王浩亮俞志君张学军[导读] 近年来由于控制技术的进步，内置式转子磁路结构的电机产品逐步出现，由于内置式转子结构可以充分利用转子磁路不对称所产生的磁阻转矩，提高电机的功率密度，使得电机的动态性能较表贴式转子结构有所改善，具有较大的应用意义且其制造工艺更为简单，尽管漏磁系数和加工成本会有一定的增大。

王浩亮俞志君张学军江苏远东电机制造有限公司江苏泰州 225500摘要：随着我国伺服电机技术的迅猛发展，在永磁电机开发过程中，表贴式永磁电机因其具有更好的控制性能得到了广泛的应用；近年来由于控制技术的进步，内置式转子磁路结构的电机产品逐步出现，由于内置式转子结构可以充分利用转子磁路不对称所产生的磁阻转矩，提高电机的功率密度，使得电机的动态性能较表贴式转子结构有所改善，具有较大的应用意义且其制造工艺更为简单，尽管漏磁系数和加工成本会有一定的增大。

那么在现有表贴式永磁电机的基础上，主要通过改变转子磁路结构，微调定子结构，由表贴式改为内嵌切向式转子结构，以探索和获得内嵌式永磁伺服电机性能变化。

关键词：表贴式永磁电机；磁阻转矩；内嵌切向式结构；性能变化0 引言根据转子上永磁体放置的位置不同，永磁电机的转子结构可以分为表贴式和内置式；永磁电机具有高功率密度、高转矩、低损耗等优点，其采用钕铁硼等强磁材料励磁，不需要外界能量即可维持其磁场，永磁电机没有转子损耗，由于其功率因数高、运行电流低、总损耗小等，其在运动控制、节能方面等方面得到了越来越多的应用；本文以一台4极15.7kW油压机用表贴式永磁伺服电机为参照，利用该电机定转子等尺寸建立二维有限元仿真模型，开展相关计算；基于电机材料通用性考虑，定子外圆尺寸保持一致，开展内嵌式伺服电机的设计，电机叠厚不大于表贴式参数，获得内嵌式伺服电机仿真数据；转子磁路结构的不同，电机的运行性能、控制方法、制造工艺和适用场合也会不同，但在常规应用场合，两种磁路结构的伺服电机所受使用限制较少。

高速永磁电机设计与分析技术综述一、概述高速永磁电机，作为现代电机技术的杰出代表，正以其高效率、高功率密度以及优秀的控制性能，在多个领域展现出广阔的应用前景。

随着能源危机和环境污染问题的日益严峻，对高速永磁电机设计与分析技术的研究显得尤为重要。

本文旨在对高速永磁电机的设计与分析技术进行综述，以期为相关领域的研究者提供全面的技术参考和启发。

高速永磁电机的设计涉及电磁设计、结构设计、热设计、强度设计等多个方面，其关键在于如何在高速运转的条件下保证电机的性能稳定、安全可靠。

电磁设计方面，需要优化绕组布局、磁路设计以及永磁体的选择，以提高电机的效率和功率因数。

结构设计则着重于提高电机的刚性和强度，防止在高速运转时产生过大的振动和噪声。

热设计则关注电机内部的热传递和散热问题，防止电机因过热而损坏。

强度设计则要求电机在承受高速运转产生的离心力时，能够保持结构的完整性。

高速永磁电机的分析技术则涵盖了电磁场分析、热分析、结构分析等多个方面。

电磁场分析可以预测电机的电磁性能，为优化设计提供依据。

热分析则用于评估电机在不同工况下的热状态，为散热设计提供参考。

结构分析则关注电机在高速运转时的动态特性，为强度设计提供支撑。

随着计算机技术和数值分析方法的快速发展，高速永磁电机的设计与分析技术也在不断进步。

通过采用先进的电磁仿真软件、热仿真软件以及结构仿真软件，可以更加精确地预测电机的性能，为设计优化提供有力支持。

1. 高速永磁电机的定义与重要性高速永磁电机（HighSpeed Permanent Magnet Synchronous Motor, HSPMSM）是一种特殊类型的电机，其核心特点在于使用永磁体来产生磁场，以及能够在高转速下稳定运行。

与传统的电励磁电机相比，HSPMSM具有更高的功率密度、更高的效率以及更低的维护成本，因此在许多现代工业应用领域中具有显著的优势。

HSPMSM的重要性体现在以下几个方面：随着全球能源危机的日益加剧和环境保护需求的不断提升，节能减排、提高能源利用效率已成为工业生产中的重要目标。

超高速永磁同步电机转子护套设计分析及优化韦福东，王建辉，刘朋鹏!上海电器科学研究所（集团）有限公司，上海200063]摘 要：超高速永磁同步电机（PMSM ）转速较高，永磁体抗拉强度相对较小，需要在转子永磁体外设置护套并通过过盈配合使永磁体上产生径向压应力，抵消转子高速旋转 产生力，对永磁体 护。

提岀了一种超高速PMSM 转子 磁合金护套厚度及过盈量计算分析方法。

以1台120 000 r/min 超高速PMSM 为例，运法 度 转子静力 合仿真分析，对 法，并通过优化设计，使电机转子在 强度要求的情况下,合理计算护套 度及过盈量，转子护套的厚度，小转子，为超高速电机转子设计。

关键词：超高速永磁同步电机；不导磁合金护套；设计分析中图分类号：TM351文献标志码：A文章编号：1673-6540（2021）05-0060-06doi ： 10.12177/emca.2020.229Design Analysis and Optimization of the Rotor Sleeve of Ultra-High-SpeedPermanent Magnet Synchronous Motor *收稿日期：2020-12-11；收到修改稿日期：2021-01-27*基金项目：广东省重点领域研发计划项目（2019（090909002）作者简介：韦福东（1992-），男，硕士，研究方向为电机设计与控制技术。

王建辉（1971-），男，博士，副教授，研究方向为电机设计与控制技术。

刘朋鹏（1990-），男，硕士，研究方向为电机设计与控制技术。

WEI Fudong, WANG Jianhui, LIU Pengpeng[Shanghai Electrical Apparatus Research Institute （Group J Co., Ltd., Shanghai 200063, China]Abstract ： The ultra-high-speed permaneni magnet synchronous motoo (PMSM) has the characte/stica of highspeed and relatively low tensile strength of permanent magnets. Therefore, it is necessary to set a sleeve on the outside of the permanent magnet of the rotoc, and generate radial compressive stress on the permanent magnet throughinterference fit, so as t offset the centrifugal force generated during the rotoa high-speed rotation and protect thepermanent magnet. A method foo calculating and analyzing the thickness and interference of rotoo non-magnetic alloy sleeve of the ultra-high-speed PMSM is p roposed. Taking a 120 000 Omin ultra-high-speed PMSM as an example,the coupling simulation of temperature f ield and rotoo staticc is cdried out by using finite element method, and the numericce method is verified. The optimized design is utilized to reasonabty calculate the thickness and interferencc amount of the sleeve undeo the condition that the motoo rotoo meetr the requirementr of structurd strength. It can eaectively reducc the thickness of rotoo sleeve, thus reducing the iron consumption of rotoo, which provides a referenccto rotoo design of ultra-high-speed motoo.Key words: ulha-highspeed permanent magnet synchronous motor (PMSM); non-magnetic alloy sleeve; design analysis0引言高、 度 点，广 应用在超高速空压缩机、数控机床高速电 、 机超高速永磁同步电机（PMSM ）具有转速床等设备场合[1 超高速PMSM 转子永磁体永磁，较高抗压强度，抗拉强度和抗弯强度较低、较差2。

高速永磁电机设计技术摘要：高速永磁电机在工业及生活应用领域有着广泛的应用，由于其高速旋转的特点，使其具有特殊的问题需要研究人员进行深入研究。

高速永磁电机设计与分析技术需要就电机结构以及材料等因素做出分析，并对各因素影响效果进行必要计算，重点围绕耗损、转子强度以及温升等方面进行分析。

本文通过梳理高速永磁设计上的几个问题，了解发展趋势，以期能促进高速永磁高速电机的进一步发展。

关键词：高速永磁电机；设计；技术措施1高速永磁电机设计技术1.1电机磁悬浮技术传统电机中轴承采用的都是机械轴承，而机械轴承具有摩擦过大、功率损耗较大的缺陷。

高速永磁电机不再使用机械轴承，而改用一种非接触类型的轴承。

运用这种非接触类型的轴承，电机的使用年限得到延长，作为一种目前仍然处于试用阶段的新型技术，磁悬浮技术会逐步应用到高速电机领域。

1.2电机定子的设计定子在电机中的作用就是给电机散热，设计电机时，选择合适的定子也是一项重要工作。

目前，定子大多采用环形绕组式结构，这种结构能够大大减少电机轴向的需求长度，提升转子的韧度。

同时，在这种定子结构中设计多个齿槽，这些齿槽能够起到一定的散热作用，确保定子能够持续处于正常温度。

需要注意的是，电机高速运转时，齿槽会使转子的耗损增加。

为了使这种损耗较少，通常情况下，这种电机都会增加气隙的长度进行散热。

设计材料时，一般会采用常见的0.2mm厚度以内的硅钢片，以减少铁芯上的磁滞损耗。

1.3电机转子的设计根据永磁电机原理可知，在电磁效应的作用下，转子会进行高速旋转，其间速度很快，会产生一个巨大的离心力，因此转子的强度要求很高。

同时，运转过程中温度很高，电机中的转子特别容易遭到破坏，这样会严重影响电机的运行。

所以，设计要确保电机转子的强度，保证转子材料能够耐高温、损耗低。

为了达成这个目标，要对转子的选材和结构进行设计，通常选择适应性较强的永磁材料。

原因是永磁材料的温度系数较小，同时永磁材料提供电机运行的主磁路，转子铁芯中谐波不是很大，这样转子的温度不会太高，可以维持在正常的范围内。

高速永磁同步电机转子拓扑结构设计及强度优化仿真计算黄绍枝心，于冰1'2，董江东1'2，唐小春1'2(1中车株洲电机有限公司，湖南株洲412000；2湖南省新能源汽车电机工程技术研究中心，湖南株洲412000)摘要一款电机设计需求，通过2D有真分析对比了不同转子构下的电机性能，择优选取了一种“U+1#形构，即“U#型和“1#型磁组合构，结果表明该构具备“U#型磁磁和“B+1#磁加效应，能有效提高磁阻转矩和永磁转矩，具有低转矩脉动、高弱磁扩速能力及低成本等优势。

最后通过3D有真对冲片结构优化并进行强度仿真计算，使度可满足高速彳七19000r/min的机械强度要求$关键词高速永磁同步电机；拓扑结构%有真DOI：10.3969/J.ISSN.1008-7281.2020.03.09中图分类号:TM315文献标识码:A文章编号：1008-7281(2020)03-0028-04 Rotor Topology Structure Design and Strength OptimizationSimulation Calculation of High-Speed PMSMHua$g Shaozhi,Yu Bi$g,Do$g Jia$gdo$g,a$d Ta$g Xiaochu$(1.CRRC Zhuzhou EI x CU c Machine Co.,Ltd.,Zhuzhou412000,China;2.Hunan Engi-nee/ng R—h Centee of New Ener/y Vehicle Motoe,Zhuzhou412000,China) Abstract Based on the design requiremento of a kind of motoe,the performances of it un­dea va/ous rotor topology structures are analyzed and compared by2D finite-element simula­tion,and a“U+1#type of topology structure i selectively selected,which combines with “U#type and“1”type of magnetic sted slot topology structure.The resulto show that the structure has the effects of“U#type of magnetic steel focusing and“U+1#type of magnetic eesostantesupeeposotoon,whoth tan eettoaeeyompeoaethemaynetoteesostantetoequeand pee-manent-maynettoeque,and hastheadaantayesoFeowtoequeeoppee,hoyh weak maynetotexpan-soon tapatotyand eowtost.In theend oFthospapee,3D onote-eeementsomueatoon sotwaeeos used tooptomozethepunthonysteuttueeand taetueatoon ots st een yth.It tan makethepunthony strength meet the mechanicxl strength requirementr of19000/min.Key words High-speed PMSM；topology structure；finite-element sirnulation0引言随着中国传统工业的发展以环境和能源等的制约，的生态模式正在发生2刻转变，低和可再生成为工业发展的必uv,新能源作为中国-性新兴产一,受国家的支持和引导，近年来中国新能源产业得到了快速发展，跃居成为新能源产销大国[3]$驱动电机是新能源汽车的三大核心部件之一,它的好坏决定了电性能的优劣。

2018年第9期转子总成是新能源汽车电机的核心零件，电机结构的复杂性主要取决于转子结构的多样性。

在高速旋转下的转子，提供足够的动力驱使减速器，对转子的结构是满足机械，强度，刚度方面的极限要求[1-2]，能够保证在电机在高速运转时能稳定的工作，振动小，不被破坏；同时高速旋转，转子受到强大的离心力作用，使得电机轴和转子冲片发生形变，呈现非线性接触[3]，为此必须要对电机转子结构的机械强度进行计算。

随着计算机水平的不断提高，有限元理论的深入研究。

NX 、ANSYS 、ABQUS 等三维建模和有限元软件在汽车工程领域得到广泛的应用，利用已有的软件对电机转子进行理论计算和强度分析[4-5]，缩短研发周期，并给设计人员提供了有力的依据。

以某新能源汽车电机转子为研究对象，在15000rmp 、转矩350Nm 作用下，建立电机转子受力计算模型，计算电机轴的最大剪切应力、挠度、强度以及安全系数；电机轴与转子的接触应力计算。

借助有限元的方法完成上述仿真分析。

1电机转子结构对于高速永磁电机而言，转子需要满足机械强度要求，由于转子离心力大小与电机转速的平方成正比，转子半径的平方成正比，因此在15000rmp 高转速下，转子承受强大的离心力作用，为了减小离心力的作用在满足旋转磁场的前提下尽可能的减小转子的半径。

经过初步方案设计，转子冲片采用硅钢，转子外圈半径为135mm ，转子冲片总高度为140mm ，转子转速15000rmp ，转矩350Nm ，重量15kg ，加速度为10g 。

以此为基础做深入研究。

通过有限元仿真进行分析，如图1所示电机转子结构。

2电机轴强度仿真图2为电机轴三维数模，电机轴材料为20CrMnTi ，弹性模量为2.12×105MPa ，泊松比为0.289，剪切强度为460~512MPa 。

仿真分析工况根据设计要求，工况1对电机轴施加350Nm 的转矩仿真，工况2对电机轴的偏心质量在15000rmp 转速下受到离心力以及转子质量在10g 加速度共同作用下的挠度分析。

一种高转速永磁同步电机转子冲片结构优化柯其锐（中车株洲电机有限公司，湖南株洲412001）摘要：文章运用ANSYS workbench软件对一种高转速永磁同步电机转子结构进行了强度仿真分析，并就主要参数连接筋厚度、减重孔位置，过盈量、隔磁桥宽度、永磁体槽倒角等变量对转子冲片强度的影响进行了分析与讨论，并对计算结果进行了试验验证与比对，从而固化仿真计算设置及流程。

同时，运用ansoft对电机最大去磁工作点进行校核，平衡电机电磁性能以及冲片结构强度的要求，从而实现一种永磁同步电机转子拓扑结构的合理设计。

关键词：永磁电机；转子冲片；ANSYS ansoft；结构优化；电磁场1引言相对电励磁异步电机而言，永磁电机在弱磁控制前运行区间，其运行效率更高，整机功率密度更大；另外，相对电励磁同步电机，永磁同步电机其转子结构简单、总成工艺性更好，所以在国内新能源汽车领域，永磁电机占据了最大的市场比重[1][2]。

新能源汽车领域永磁同步电机转子拓扑结构一般分为表面凸出式、表面嵌入式以及内置式三种[3]。

内置式结构防护性以及对磁钢抗机械冲击性更好，但其漏磁系数一般比表面凸出式、表面嵌入式高，因为嵌入式隔磁桥及部分加强筋处会比凸出式有更大的漏磁，且内置式短路抗去磁能力更强，也是因为电枢磁场会有部分从嵌入式隔磁桥处通过。

针对新能源驱动电机一般弱磁范围较宽的特点，嵌入式也更有优势，基于以上分析，且考虑到表贴式工艺性较嵌入式差，组装自动化程度也不如嵌入式好，故本文涉及电机研制项目选择了内置式转子磁路结构。

在进行具体永磁同步电机内置式转子拓扑结构设计时，在达到电机特性需求、冲片冲压工艺及转子铁心叠压工艺要求的前提下，需平衡电机电磁性能以及冲片结构强度的限制。

隔磁桥厚度过大，漏磁会增大，电机反电动势降低，抗去磁能力也有所减弱[4]，由于磁钢成本高，电机设计将不经济；隔磁桥厚度过小，一则会缩短复冲模模具寿命，二则冲片在高速旋转磁钢离心力、电磁力以及电机整机冲击振动运行工况下，易发生材料屈服乃至断裂，从而导致电机扫膛等质量事故[4]。

车用高速永磁电机转子结构设计探讨
吴潇;应红亮
【期刊名称】《汽车零部件》
【年(卷),期】2022()11
【摘要】随着新能源动力驱动电机向小型化、高转速、高功率密度方向发展,相应地对驱动电机的设计也提出了更高的要求。

本文以一台峰值功率160 kW、最高转速20000 r/min、峰值扭矩265 N·m的车用高速永磁同步电机转子结构设计为例,从转子与空心轴的连接方式选取、过盈量的计算、配合公差的选取、机械强度的校核等方面展开论述,并指出高速永磁电机转子铁芯与电机空心轴的连接方式宜采用过盈连接,为车用高速永磁电机转子结构的设计制造提供参考。

【总页数】4页(P45-48)
【作者】吴潇;应红亮
【作者单位】上海汽车电驱动有限公司;上海电驱动股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM351;TM355
【相关文献】
1.车用高速永磁电机高强度转子结构
2.提高永磁体电阻率对降低高速永磁交流电机转子涡流损耗的有效性分析
3.高速永磁同步电机转子拓扑结构设计及强度优化仿真计算
4.高速永磁电机定转子结构设计的分析
5.高速大功率车用永磁同步电机电磁诱发转子横向振动特性
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