电动机轴是电动机的核心零件，多边形空心轴可以在空心轴的基础上进一步减轻电动机轴的质量。采埃孚电驱动技术（杭州）有限公司、采埃孚（中国）投资有限公司的张日、季晴，通过有限元分析，研究并比较圆形和多边形空心电动机轴的性能，发现多边形设计可以减轻电动机质量，且对强度、模态和临界转速的影响微小，可为电动机优化设计提供参考。

电动机被视为新能源汽车的关键组成部分，具有效率高、能量密度高、力矩质量比高、转子损耗小等优点。新能源汽车的关键性能指标，如爬坡能力、加速性能和最高速度等，均由驱动电动机的性能决定。从技术层面分析，国产驱动电动机的功率大致可与国际标准持平，但在相同的功率下，由于国产驱动电动机的质量劣势，其功率密度表现出一定的差异。

电动机轴作为电动机的关键组件，主要用于电动机转子的安装和转矩的传递，它在电能转化为机械能的过程中起着至关重要的作用。在实际驾驶电动汽车的过程中，电动机轴所处的工作环境通常相当严格。在开发和设计过程中，模拟计算电动机轴的强度、挠度、模态及疲劳寿命等性能显得尤为关键。

在竞争异常激烈的电动车市场中，降低生产成本和节约能源成为研发团队的核心关注点。在确保电动机轴的结构强度和抗疲劳性能不受影响的情况下，电动机轴的中空结构因其轻质和高传动效率的特点，在新能源汽车行业中展现出了巨大的发展潜力。

多边形轴通常被设计与轮毂进行连接，并且仅在特定的情况下才会使用。至今，关于多边形轴在驱动电动机应用方面的研究相对较少。过去的研究主要集中在圆形实心轴上，而对于多边形空心电动机轴的数值分析依然不够充分。

图1 圆形和多边形空心电动机轴模型

在电动机轴的设计过程中，基于圆形空心轴，通过实施多边化优化设计，可以有效地减小电动机轴的体积。这种设计优化不仅可以减少材料的用量，从而降低生产成本，还可以减轻电动机的质量，提高其运行效率。

采埃孚电驱动技术（杭州）有限公司、采埃孚（中国）投资有限公司的张日、季晴，为了验证该设计的有效性，以多边形空心电动机轴为研究对象，通过建立三维有限元模型，对圆形轴和多边形轴的自由模态、静强度、挠度和临界转速进行比较分析，以期为多边形空心电动机轴的设计提供参考。

图2 不同种类电动机轴体积对比

他们的研究结果表明，尽管对圆形空心轴进行多边化设计会降低其强度，但仍能满足设计要求，而对模态和临界转速的影响几乎可以忽略不计。由此表明，多边化设计不仅可以降低电动机轴的体积和成本，而且不会对其性能产生负面影响。

研究者指出，多边化设计是一种有效的优化策略，可以在保证电动机性能的同时，降低其质量和成本。这一发现可为新能源汽车驱动电动机的设计提供参考。

本工作成果发表在2024年第8期《电气技术》，论文标题为“基于有限元仿真的多边形空心电动机轴强度分析”，作者为张日、季晴。