Study on mechanical strength of high-speed V-shaped interior permanent magnet rotors

CAO Kanglei; WANG Dongxiong; ZHANG Yao

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.007

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Study on mechanical strength of high-speed V-shaped interior permanent magnet rotors

·Experimental Research·Testing Technology· | 更新时间：2026-04-15

- Study on mechanical strength of high-speed V-shaped interior permanent magnet rotors
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 4, Pages: 57-65(2026)
- 作者机构：
  
  1.湖北汽车工业学院汽车工程学院，十堰 442002
  2.汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室，十堰 442002
  3.东风（十堰）林泓汽车配套件有限公司，十堰 442000］
- 作者简介：
  
  WANG Dongxiong, E-mail: ssrswdxiong@sina.com
- 基金信息：
  
  Natural Science Foundation Project of Hubei Province(2022CFB917);Scientific and Technological Research Key Project of Education Department of Hubei Province(D20221803);Hubei Key Laboratory Program of Automotive Power Train and Electronic Control (Hubei University of Automotive Technology)(ZDK1202103);Scientific Research Startup Foundation for Doctors of Hubei University of Automotive Technology(BK202009)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.007
  CLC： TM351
- Received：16 April 2024，
  
  Revised：2024-07-28，
  
  Published：15 April 2026
- 稿件说明：
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曹康磊，王东雄，张遥. 高速V形内置式永磁转子机械强度研究［J］. 机械强度，2026，48（4）：57-65.

CAO Kanglei，WANG Dongxiong，ZHANG Yao. Study on mechanical strength of high-speed V-shaped interior permanent magnet rotors［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（4）：57-65.
曹康磊，王东雄，张遥. 高速V形内置式永磁转子机械强度研究［J］. 机械强度，2026，48（4）：57-65. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.007.

CAO Kanglei，WANG Dongxiong，ZHANG Yao. Study on mechanical strength of high-speed V-shaped interior permanent magnet rotors［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（4）：57-65. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.007.

摘要

目的

针对V形内置式永磁转子结构复杂、隔磁桥区域存在应力集中导致机械强度预测精度低的问题，提出一种高精度解析建模方法，旨在为高速转子结构设计提供参考。

方法

首先，提出一种改进的力平衡法，通过引入变形协调条件和材料物理方程，构建了V形内置式永磁转子的力学解析模型，为应力分析奠定基础；其次，利用有限元法分析关键结构参数对应力集中系数的影响，并采用多项式拟合法分别获取了中央桥和两侧桥区域的应力集中系数函数；然后，深入探究了转子结构间的几何耦合效应，利用相关结构参数对应力集中系数函数进行修正；最后，将修正后的应力集中系数函数与改进的力平衡法相结合，建立了完整的转子机械强度解析模型，并通过有限元分析与强度等效试验，验证了模型的有效性。

结果

结果表明，所建解析模型的计算结果与有限元及试验结果高度吻合，最大相对误差为9.8%，满足工程应用要求。增加中央桥厚度可显著降低其自身应力与变形；增大两侧桥宽度和V形角对减小应力与变形效果略逊于前者；两侧桥厚度增加仅对降低自身应力效果明显。

Abstract

Objective

To address the low prediction accuracy of mechanical strength caused by the complex structure and stress concentration in the flux barrier region of a V-shaped interior permanent magnet rotor

a high-precision analytical modeling method was proposed

aiming to provide a reference for the structural design of high-speed rotors.

Methods

Firstly

an improved force balance method was proposed. By introducing deformation compatibility conditions and material physical equations

a mechanical analytical model of the V-shaped interior permanent magnet rotor was established

laying the foundation for stress analysis. Secondly

the influence of key structural parameters on the stress concentration factor (SCF) was analyzed using the finite element method. Polynomial fitting was then employed to obtain the SCF functions for the central and bilateral bridge regions

respectively. Subsequently

the geometric coupling effect within the rotor structure was deeply investigated

and the SCF functions were corrected using relevant structural parameters. Finally

a complete analytical model for rotor mechanical strength was developed by integrating the corrected SCF functions with the improved force balance method. The validity of this model was verified through finite element analysis and strength equivalent tests.

Results

The results indicate that the calculations from the established analytical model are in good agreement with both finite element and experimental results

with a maximum relative error of 9.8%

satisfying engineering requirements. Increasing the thickness of the central bridge significantly reduces its own stress and deformation; increasing the width of the bilateral bridges and the V-angle has a secondary effect on reducing stress and deformation; while increasing the thickness of the bilateral bridges is primarily effective in reducing their own stress.

关键词

Keywords

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