压应力对新能源汽车电机无取向硅钢片磁性能的影响.pdf

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1、万方数据畅料叵用压应力对新能源汽车电机无取向硅钢片磁性能的影响柳超邓飞杨福平鹿云(中国第一汽车股份有限公司技术中心，长春130011)摘要：模拟了新能源汽车电机中无取向硅钢片的受力情况，对受力状态下无取向硅钢片的磁性能进行了仿真计算；实际测试了无取向硅钢片在不同形式压应力作用下的磁性能，分析了压应力对无取向硅钢片磁性能的影响。试验结果表明，外加压应力会影响无取向硅钢片的磁感应强度和铁损性能，压延方向压应力对硅钢片磁性能的影响要明显强于法向压应力对硅钢片磁性能的影响。关键词：无取向硅钢片压应力磁性能中

2、图分类号：U469文献标识码：B1前言驱动电机是新能源汽车中最为核心的总成之一，高效率的驱动电机是制备性能优良新能源汽车的前提条件，而冷轧无取向硅钢是制备驱动电机铁芯的首选材料，也是电机中最重要的部件，硅钢片的质量占驱动电机质量的1／2左右，成本约占电机的1／5。可见，硅钢片的品质直接决定了驱动电机和整车的性能n，。为此，国内外各大车企和钢铁企业都加大了对无取向硅钢片的研究力度，日本的新日铁，韩国的浦项，中国的宝钢、武钢等主要钢铁企业目前都已经开发出不同牌号的冷轧无取向硅钢片圜。硅钢片在驱动电机内部

3、工作时会受到多种应力的作用，包括装机过程中电机外壳对其产生的压应力和电机运转过程中产生的电磁应力等，这些应力通过改变硅钢片的微观结构进而改变其磁性能，最后影响到电机的动力性和整车的稳定性【3】。与普通工业电机中硅钢片不同的是，汽车用电机硅钢片受到的力是不稳定的，这些力会因汽车行驶环境的变化而改变，因此很难评定如此复杂的应力对驱动电机性能和整车动力性所造成的影响。目前，国内还没有相关研究的报道。基于此，本文模拟并实际测试了无取向硅钢片在压应力作用下的磁性能变化情况，为无取向硅钢片磁性能的研究和新能源汽

4、车驱动电机的设计提供了技术支持。2试验方法与试验材料首先利用有限元仿真软件对考虑装配应力前、后无取向硅钢片的磁性能进行仿真计算，随后根据模拟仿真的结果，利用磁测系统和外加压力装置对无取向硅钢片的磁性能进行测试分析。试验材料选择的是国内某一钢厂生产的冷轧无取向硅钢片，硅钢片尺寸为300ram×30mmXO．3mm．汽车工艺与材料AT&M2016年第2期万方数据n避啻胃磁性能测试按GB／T一3655(用爱泼斯坦方圈测量电工钢片(带)磁性能的方法》进行，测试装置选择FE一2100M磁测系统和夕l,／Jtl

5、辅助压力装置，磁测系统在0—10000A／m和0～1000Hz测试条件下的测试结果经中国计量科学院矫正比对，其结果精度完全达到相关国标及IEC标准要求。试验测试了硅钢片在不同形式压应力作用下的B(磁感应强度)一H(磁场强度)曲线和Ps(铁损)一B曲线，具体的试验参数和试验条件如下。a．压应力施加方向：压延方向和法向(图1)；图1压应力施加方向示意b．压应力等级：0MPa(自由状态)、20MPa、40MPa、80MPa、100MPa；c．测试频率：50Hz、400Hz；d．B—H性能测试精度：0．3％

6、；e．Ps—B性能测试精度：0．5％；￡压力精度：0．1％。3试验结果3．1仿真试验结果图2为由电机外壳装配带来的电机定子铁芯应力分布模拟图，由图可知，装机后的铁芯整体受压应力作用。其中定子铁芯轭部受力基本均匀，压应力值为60—90MPa。而定子槽部受到的应力比较复杂，槽底部受到的压应力达到100MPa左右；槽底部拐角处受到的压应力最大，可以达到110MPa；槽顶部分处于自由状态，基本不受应力的作用。图3为由装配应力造成的硅钢片材料磁性能变化的仿真图，模拟输入的应力值分别为0MPa、一5MPa、一1

7、0MPa和一20MPa。仿真结果显示，在磁化的初始阶段，尤其是外磁场强度为100-1000Mm时，随着外加压应力的增加，硅钢片的磁感应强度面JJ，、ljl“赛‰㈨．．一200c)fj一40o【HlC一60．0000I-90．000(3-一lllo删图2电机装配后铁芯应力分布模拟图lI／、·『11图3不同压应力条件下硅钢片的B-H曲线明显降低；而随着外磁场强度的逐渐提高，不同压应力下测试的磁感应强度的差值随之减少；当外磁场强度超过10000A／m时，由于硅钢片材料逐渐达到磁饱和状态，压应力对硅钢片磁性

8、能的影响也逐渐消失，4条曲线趋于重合。3．2压延方向压应力对硅钢片磁性能的影响上述仿真计算结果表明，电机装配后，内部定子硅钢片所受的力均为压应力，因此下述试验采用的应力也均为压应力。3．2．1压延方向的压应力对硅钢片磁感应强度的影响图4为对硅钢片压延方向施加大小不同的压应力时，测试所得的B—H曲线，测试频率为50Hz。由图可知，在测试范围内，在同一磁场强度下，随着压应力的增大，硅钢片的磁感应强度值逐渐降低，而随着磁场强度的不断增加，不同压应力之间的磁感应强度差值逐渐降