Prius2004 永磁电动机Maxwell仿真.pdf

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.81M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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Prius2004 永磁电动机 Maxwell 仿真偶然 2019.09.26 Prius2004 作为一款丰田产品化电机，是具有较优设计性能的永磁电机，也得到了具体实验的验证。因此该电机常被电机设计分析软件用来作为设计案例来验证其软件的实用性和科学性。本文将主要针对 ANSYS maxwell 下的 Prius2004 电动机进行仿真分析，总结包括 RMxpert 设计、二维仿真设计以及三维仿真设计。电机参数和结果主要来自仿真结果，部分来源于网络发布的文档、培训资料以及前人大佬们的分析。第一部分环境配置软件及版本要求：Ansys 的 Maxwell 16 系列第二部分电机参数说明 ORNL 在 7.13 与 10.05 的测试报告中给出了 2004THSII 型 Prius 电机基本电 1194rpm 400Nm 0.84 基准功率母线电压 50kW 200-500V 机参数为基准转速基准转矩槽满率

而所查到的电机具体结构参数如下，但其中很多参数存在一些标注上的歧义，可能会造成一定的误解。例如，Coils in Series per phase 为 8，应当指的是并联支路数为 2。Rating 50kW 功率和 Rating 400Nm 下的 Rating 转速为 6000rpm，也很不合理，与 ORNL 报告不符。

第三部分 RMxpert 设计 RM 中根据结构参数建立基本模型，保留除了绕组并绕根数外的其他参数，绕组根数有软件自行设计。计算点按照基准功率和基准转速进行设计，此时基准转矩为 400Nm,母线电压按照上限值 500V 设计。

其中差异较大的是关于并绕根数的计算，RM 给出的为 19，这与实际槽满率的计算有关，存在一些差异。此外，由于未查到相关的确切的额定参数的描述，因此采用 RMxpert 仅对部分工作点进行验证。计算槽满率为 73.9% 符合一般要求。计算得到的额定运行状态输出转矩可以达到 400Nm，满足基准值。但将输出电压降低到 200V 时，实际输入功率不足，使得输出转矩仅能达到 104Nm。若在 500V 的电压下，将转速提高到 3600rpm,输出功率仅能达到 29kw。800V，3000rpm 下，输出功率可达 50kW。第四部分 2D 仿真分析由 RM 获得的参数可以导入到 Maxwell2D 中进行更为详细的仿真分析，为了提高仿真速度，采用 1/8 模型（需要特别注意的是，Symmetry Multiplier 设置为 8）。Maxwell2D 中只包含绕组匝数这信息，对并绕根数、外电路串并联方式、

槽满率等均不作考虑，因而这里仅做稳态分析，即输入三相正弦电流，将控制策略信息归结于电流相位角。模拟得到 3000rpm 下，相电流峰值 400A 时，不同相角下的输出转矩如下图，输出转矩可以 224~375Nm 不等。但如此大的相电流，意味着瞬间绕组电流密度可达 56A/mm2，电机需要极好的冷却条件（比如油冷）。同时较高的相电流所对

应的较高母线电压实际达不到，往往需要通过控制使得更高速条件下的弱磁运行。以下为 400A 相电流，20 度相位角，3000rpm 下，电机运行磁密分布图，齿部较为饱和，永磁体附近局部饱和。第五部分 3D 仿真分析为进一步将电机绕组的端部效应考虑进来，同样采用 1/8 模型计算三维的瞬

态。但由于计算机内存限制，仅做粗略的三维仿真分析，结果罗列如下：磁场分布负载转矩可达 168Nm

空载母线电压幅值约为 230V，与母线电压相匹配。

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