一种转子总成可靠性设计方法、转子总成及驱动电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种转子总成可靠性设计方法、转子总成及驱动电机。

背景技术

驱动电机包括转子总成和定子总成，转子总成和定子总成共同作用，产生驱动扭矩。驱动电机用于新能源汽车时，其作为整车的动力源，转子总成中的转子轴将扭矩传递到传动装置，通过半轴装置将机械能量传递到车轮，从而驱动整车行驶。驱动电机能否可靠、平稳运行，直接影响整车的行驶状态，直接影响了用户的驾乘满意度，甚至影响用户的生命安全。

现有技术中，主要通过计算电机的可靠度来确认电机是否满足可靠性要求。一般地，首先根据电机系统的故障树，将永磁电机故障模式主要分为：绕组绝缘故障、永磁体故障及轴承故障。分别计算以上三种故障模式下的失效率，最后通过失效率计算得到永磁电机的可靠度。然而，电机产品开发时，过多地依赖后期可靠性试验确认可靠性是否满足产品开发目标，没有提高可靠性的措施；此外，通过对现有新能源电机及部件的失效原因分析中发现，由于设计时对产品的用户需求分析不充分，可靠性设计与开发过程脱节，在设计中对可靠性考虑的不充分，导致很多设计预期以外的失效，严重制约了电机可靠性提升。

因此，亟需一种转子总成可靠性设计方法、转子总成及驱动电机，以解决上述存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转子总成可靠性设计方法、转子总成及驱动电机，使转子总成设计过程与可靠性相联系，从正向设计角度提高转子总成的可靠性，预防与解决可能存在的问题，提早规避转子总成的可靠性风险，进而主动地提高驱动电机的可靠性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，提供一种转子总成可靠性设计方法，包括：

使用需求分析，确定转子总成任务剖面与环境剖面；

产品功能分析，将用户需求转化为转子总成功能；

功能原理分析，对转子总成的功能实现方案进行原理分析；

失效机理分析，在功能原理分析的基础上，确定转子总成的典型失效模式与失效机理；

故障激发探测，根据转子总成潜在功能失效高风险机理，制定故障激发试验，暴露出转子总成的可靠性敏感环节；产品优化设计，根据故障激发探测试验中识别到的转子总成可靠性敏感应力，进行产品设计优化；

可靠性试验验证，验证优化设计后的转子总成是否满足可靠性指标要求。

可选地，转子总成任务剖面：根据转子总成生命周期内的多个应用场景以及多个应用场景的时序关系，建立任务剖面；

转子总成环境剖面：根据转子总成的自然环境因素、工作环境因素以及交互因素，建立环境剖面。

可选地，产品功能包括基本功能、辅助功能及保障功能。

可选地，基本功能，包括产生转子磁场和传递扭矩；和/或

辅助功能，包括耐振动功能、耐冲击功能和散热功能。

可选地，分析零部件的失效机理时，包括：

根据产品的功能分析零部件的失效机理；和/或

根据产品的失效数据总结零部件的失效机理。

可选地，转子总成包括转子轴、第一动平衡板、转子铁芯总成、永磁体、第二动平衡板及锁紧螺母；

所述转子轴穿设于所述第一动平衡板、所述转子铁芯总成、所述永磁体、所述第二动平衡板和所述锁紧螺母，所述第一动平衡板抵接于所述转子轴的止推面和所述转子铁芯总成，所述第二动平衡板抵接于所述锁紧螺母和所述转子铁芯总成。

可选地，建立零部件的失效机理，包括：

转子轴的花键磨损、转子铁芯总成的磁桥变形、永磁体退磁、第一动平衡板松动变形，第二动平衡板松动变形及锁紧螺母松动。

可选地，根据永磁体退磁的失效模式与机理，制定故障激发探测试验，包括：

对产品施加高温和盐雾。

可选地，根据永磁体退磁的故障，产品优化设计包括：

优化产品的散热功能。

第二方面，提供一种转子总成，应用上述的转子总成可靠性设计方法制成。

第三方面，提供一种驱动电机，包括上述的转子总成。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种转子总成可靠性设计方法、转子总成及驱动电机，通过建立可靠性与产品开发过程的紧密联系，从而实现可靠性设计；通过有效规范设计过程提升转子总成可靠性，提早识别与规避可靠性风险，推动转子总成的可靠性持续提升，避免单纯依赖后期可靠性试验确认可靠性达成可能产生的风险，进而实现驱动电机的可靠性设计与可靠度提升。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式提供的转子总成可靠性设计方法的流程图；

图2是本发明的具体实施方式提供的转子总成的结构示意图；

图3是本发明的具体实施方式提供的转子总成的爆炸图；

图4是本发明的具体实施方式提供的转子总成的工作原理图；

图5是本发明的具体实施方式提供的转子总成的故障树。

图中：

1、转子轴；2、第一动平衡板；3、转子铁芯总成；4、永磁体；5、第二动平衡板；6、锁紧螺母。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实施例提供了一种转子总成可靠性设计方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：使用需求分析，确定转子总成任务剖面与环境剖面；

S2：产品功能分析，将用户需求转化为转子总成功能；

S3：功能原理分析，对转子总成的功能实现方案进行原理分析；

S4：失效机理分析，在功能原理分析的基础上，确定转子总成的典型失效模式与失效机理；

S5：故障激发探测，根据转子总成潜在功能失效高风险机理，制定故障激发试验，暴露出转子总成的可靠性敏感环节；

S6：产品优化设计，根据故障激发探测试验中识别到的转子总成可靠性敏感应力，进行产品设计优化；

S7：可靠性试验验证，验证优化设计后的转子总成是否满足可靠性指标要求。

通过分析产品使用需求，确定任务剖面及环境剖面，为产品功能分析打下基础，避免功能定义不完善而导致的可靠性不足，之后进行产品功能定义；通过分析各个零部件的功能原理及失效机理，识别潜在高风险项目，保证失效机理相同的情况下制定合理的故障激发探测试验，激发出转子总成的薄弱环节，针对薄弱环节可以进行专项的CAE分析等，为后续产品优化设计提供分析与优化方向；根据上述分析结果提出设计、工艺等过程的优化方向，并对产品进行优化设计，最后，对优化后的产品进行可靠性试验，验证是否满足制定的可靠性指标。如果满足，则可以投入使用；如果不满足，则可以进一步优化设计等。

产品设计时，从产品需求分析开始直到可靠性试验验证，可靠性设计过程完整，提高了产品设计的可靠性；通过建立可靠性与产品开发过程的紧密联系，从而实现可靠性设计；通过有效规范设计过程提升转子总成可靠性，提早识别与规避可靠性风险，推动转子总成的可靠性持续提升，避免单纯依赖后期可靠性试验确认可靠性达成可能产生的风险，进而实现驱动电机的可靠性设计与可靠度提升。

在步骤S1时，具体地，转子总成任务剖面：根据转子总成生命周期内的多个应用场景以及多个应用场景的时序关系，建立任务剖面；转子总成任务剖面包括转子总成生命周期内的多个应用场景以及多个应用场景的时序关系；其中，应用场景包括但不限于低速大负荷匀速运行、高速小负荷匀速运行、转速急加速度、转速急减速度、扭矩急升和扭矩急降中的一种场景或几种场景，以及当具有多个场景时，各个场景之间的时序关系，据此，建立转子总成的任务剖面。

转子总成环境剖面：根据转子总成的各类自然环境因素、各类工作环境因素、不同自然环境因素之间的交互因素、不同工作环境因素之间的交互因素以及各类自然环境因素与各类工作环境因素的交互因素，建立环境剖面。具体地，环境因素包括各种工况下的自然和工作等多方面环境因素进行分析，如包括但不限于振动冲击、温度、湿度、盐雾、腐蚀和电磁干扰中的一种或几种，当具有多种因素时，考虑多种因素之间的交互影响，建立转子总成的环境剖面。其他实施例中，也可以包括其他产品使用需求，根据具体情况进行设计，不作限定。

可选地，在步骤S2时，产品功能包括基本功能以及其他各类辅助功能及保证功能等，具体地，基本功能包括但不限于产生转子磁场和传递扭矩等；辅助功能包括但不限于耐振动功能、耐冲击功能和散热功能等，产品功能分析需保证所有用户需求得到满足，以免功能定义不完善导致可靠性不足，例如未定义散热功能，导致永磁体发生热退磁等。其他实施例中，也可以包括其他产品功能，根据具体情况进行设计，不作限定。

在步骤S3时，本实施例中，如图2-图4所示，转子总成包括转子轴1、第一动平衡板2、转子铁芯总成3、永磁体4、第二动平衡板5及锁紧螺母6；转子轴1穿设于第一动平衡板2、转子铁芯总成3、永磁体4、第二动平衡板5和锁紧螺母6，第一动平衡板2抵接于转子轴1的止推面和转子铁芯总成3，第二动平衡板5抵接于锁紧螺母6和转子铁芯总成3。其基本工作原理为：永磁体4与转子铁芯总成3形成转子磁路，将与定子总成相互作用产生旋转气隙磁场，形成电磁转矩，并通过转子轴1将扭矩平稳传递到传动装置，再通过半轴装置将机械能量传递到车轮，从而驱动整车行驶。第一动平衡板2和第二动平衡板5通过转子轴1的止推面和锁紧螺母6定位，第一动平衡板2和第二动平衡板5共同保证转子总成动平衡，使之转子总成平稳运行。其他实施例中，也可以包括其他零部件，以及具有相应功能，根据具体情况进行设计，不作限定。

可选地，在步骤S4时，分析零部件的失效机理时，包括根据产品的功能分析零部件的失效机理；根据平台产品的历史失效数据以及竞品缺陷等数据，总结零部件的失效机理，具体采用DFMEA、FTA等方法对转子总成各项功能开展失效机理分析，分析识别转子总成的潜在失效高风险项目，其中，DFMEA方法和FTA方法均为现有技术，不再赘述。

本实施例中，在步骤S4中，还包括：

S41：建立零部件的失效机理，具体包括：转子轴1的花键磨损、转子铁芯总成3的磁桥变形、永磁体4退磁、第一动平衡板2松动变形，第二动平衡板5松动变形及锁紧螺母6松动。如图5所示，为建立的功能故障树示例。可选地，在步骤S5中，还包括：

S51：根据永磁体4退磁的失效模式与机理，在保证失效机理相同的情况下制定合理的故障激发探测试验，具体包括：对产品施加高温和盐雾，从而快速激发永磁体4退磁故障，暴露薄弱环节。

其他实施例中，也可以根据转子轴1的花键磨损、转子铁芯总成3的磁桥变形、第一动平衡板2松动变形，第二动平衡板5松动变形及锁紧螺母6松动的失效模式与机理，制定相应故障激发探测试验，不再赘述。

可选地，在步骤S6中，根据永磁体4退磁的故障，产品优化设计包括：

S61：优化产品的散热功能。因为永磁体4发生退磁敏感度最高的因素为高温，则通过优化转子总成的散热功能设计方案，保证永磁体4温升在可控范围。

具体地，在步骤S7中，可靠性试验的具体试验方法及可靠性指标等均可参照现有技术进行，不再赘述。

本实施例提供一种转子总成，应用上述的转子总成可靠性设计方法制成，提高了转子总成的可靠性。

本实施例提供一种驱动电机，包括上述转子总成，提高了驱动电机的可靠性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。