第三届中国 CAE 工程分析技术年会论文集

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电机转子结构有限元综合分析仿真

邵朋礼朱新利马亚青

(中国北方车辆研究所北京 969 信箱 51 分箱 100072)

摘要

摘要：

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：为了寻找某混合动力传动电机转子的损坏原因，该文进行温度和离心力效应等方面的有限元

综合结构分析研究。通过对电机转子较全面深入的多工况因素（包括温度、离心力、电磁力）的数
值计算与分析仿真，数值结果与转子实际磨损情况非常吻合，进而发现了引起转子结构破坏的主要
原因：温度升高和离心力效应导致了转子的结构膨胀和应力增加，以及考虑到安装误差，导致电机
转子和定子相互摩擦。根据这一结果，对电机转子本身结构进行了有效的改进加强。改进方案顺利
通过了试验验证，证明了分析仿真与改进措施的正确性。
关键词

关键词

关键词：

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：混合动力传动；电机转子温度和离心效应；有限元结构分析与改进

引言

某轮式车辆混合动力电传动系统中的电机转子和定子严重摩擦，导致转子损坏，

为了寻找损坏的原因，我们设计人员和分析人员从各个方面进行了分析，首先考虑到

进行电机转子工作状态时的有限元结构分析计算，转子以每分钟 6000 转的高速旋转，

受到很大的离心力作用，还有磁拉力、磁偏拉力的作用，以及同时伴有温度的升高，

这些因素都将使得电机转子结构变形膨胀和结构应力增加，是有限元分析计算必须考

虑的载荷工况条件。

首先对转子受到离心力作用进行了有限元结构分析，获得了转子的变形和应力分

布，然后进行了温度升高膨胀变形与应力分析计算，发现温度升高效应对转子变形膨

胀影响最大，比离心力效应大许多倍；同时离心力和温度对转子盘爪与环爪之间的连

接焊块所受应力影响很大，致使连接焊块发生塑性变形，进一步加剧了转子盘爪与环

爪的膨胀变形。另外，转子所受到的磁拉力和磁偏拉力作用，经过计算证明对转子结

构的变形和应力影响不大。从实际转子磨损破坏情况看，验证了分析计算的正确性。

最后根据分析计算结果，对转子结构提出了有效合理的改进措施，即：对连接焊块加

宽加厚，以增强约束转子膨胀变形和减小应力的能力；对转子盘环爪的爪数和形状也

进行了改进。下面就具体阐述结构数值分析计算、损坏原因确定和结构改进的过程。

2 电机

电机

电机转子

转子

转子三维实体模型

三维实体模型

电机转子由盘爪和环爪以及连接它们的焊块组成，盘爪和环爪由众多复杂曲面构

成，三维实体分析模型需要由 PRO/E 三维实体模型转化过来获得，由于 CAE 分析软件

和 CAD 绘图软件对模型的要求不同，CAE 分析对模型要求非常严格。经过诸多对 PRO/E

模型的修正，才成功转换到 ANSYS 软件中，如图 1 所示，该模型即是适合于有限元分

析计算的三维实体几何模型。