Model Y的永磁同步研究

pat

从一代prius起，PMSM通常都是48槽8极，q=2，而特斯拉的PMSM一直是54槽6极，q=3，以当前热销的Model Y为例，后驱电机为：
Q=54，2p=6，Da=232mm，油冷，基于已有信息建立的RMxprt模型可作为简要研究，与精确模型略有差距，但不影响理论研究分析。

基于Ansys Electronics Desktop中的RMxprt，选择Generate RMxprt Solutions>General>Synchronous Machines>IPM Synchronous Machine
Source Type: AC
Structure: Inner Rotor
Stator Type: SLOT_AC
Rotor Type: PM_INTERIOR

定子定义：
Number of Poles: 6
Number of Slots: 54
Circuit Type: Y3
Slot Type: 3
    Outer Diameter: 232
    Inner Diameter: 151.5
    Length: 120
    Steel Type: steel_1008
    Press Board Thickness: 0
    Skew Width: 0deg
    Lamination Sectors: 0
        Hs0: 0.7
        Hs1: 0.1
        Hs2: 16.13
        Bs0: 0.6
        Bs1: 4.4
        Bs2: 4.4
        Rs: 0
(模拟平行槽)

Windings
    Winding Layers: 1
    Winding Type: Whole-Coiled
    Parallel Branches: 6
    Conductors per Slot: 10 (模拟10pin)
    Number of Strands: 1
    Wire Wrap: 0.12
    Wire Size: 2.443 (与pin截面积近似的圆线)
    Conductor Type: copper


转子参数：

Number of Poles: 6
Outer Diameter: 149
Inner Diameter: 45
Length: 120
Stacking Factor: 0.95
Steel Type: steel_1008
Pole Type: 3
    D1: 146.3
    O1: 2.8
    O2: 30.1
    B1: 8
    Rib: 6.35
    HRib: 3
    Layers:1
    Layer Pitch: 0
    Magnet Thickness: 7.8
    Magnet Width: 40.6
    Magnet Type: NdFeB48
Shaft:
    Frictional Loss: 0
    Windage Loss or Power: 0
    Reference Speed: 5000

pat

Analysis setup

Operation Type: Motor
Load Type: Const Power
Rated Output Power: 200kW
Rated Voltage: 245V
Rated Speed 5000rpm
Operating Temperature: 75cel


路算结果仅供参考，主要是为了生成FEA模型
     TRANSIENT FEA INPUT DATA

For Stator Winding:
  Number of Turns:        90
  Parallel Branches:        6
  Terminal Resistance (ohm):        0.00516324
  End Leakage Inductance (H):        4.16861e-06
2D Equivalent Value:
  Equivalent Model Depth (mm):          120
  Equivalent Stator Stacking Factor:        0.95
  Equivalent Rotor Stacking Factor:        0.95

Akilius

有个udp就完美了

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tztcl001

按上边数据，并联路数是错的，路数改为3，功率达不到

pat

tztcl001 发表于 2023-3-28 14:25
按上边数据，并联路数是错的，路数改为3，功率达不到

a=6达不到，a=3就更达不到了

pat

根据自动生成的模型，稳态下电机线电流1.3kA，对应转矩533Nm，转矩电流比0.41。

pat

先说说生成的Maxwell 2d模型，以开路5000rpm仿真为例，先不考虑斜极和损耗，看看反电势和齿槽转矩是否正常

自动生成的1/6模型1080个三角形网格，对于气隙和磁钢部分真是粗放呀。

计算一个电周期，理论上齿槽转矩周期为6.6667°，一个电周期120°里应该包含18个周波

如上周期性是对了，但是每个周期波形几乎都不一样，主要是气隙网格划分太粗糙的原因

再看反电势，貌似还好：有效值~62.95Vrms, 平顶波峰值~82.5V


FFT分析基波幅值和各谐波：

阶次	幅值 （单位：V）	备注
1	88.83	基波
3	3.94
5	2.59
7	1.83
9	0.84
11	0.57
13	0.85
15	0.73
17	1.93
19	1.97
21	0.72
23	0.11
…	…

重新划分下网格，主要是气隙加密，1/6模型网格数从1080增加到1554个，可以看到，齿槽转矩周期性要和对称性好多了



反电势和对应基波与谐波分量则差不多

阶次	幅值 （单位：V）	备注
1	88.81	基波
3	4.01
5	2.56
7	1.84
9	0.88
11	0.55
13	0.84
15	0.76
17	1.89
19	2.01
21	0.74
23	0.12
…	…

dream-ttt

谢谢版主继续更新分享！！

欧阳庆

pat 发表于 2023-3-28 23:17
a=6达不到，a=3就更达不到了

只有双层绕组才会是6路，单层怎么排列6路？除非采用不同匝数和不同线规的组合

pat

实际模型：考虑槽形和pin线，导油槽，去重孔，以及实际的硅钢片和磁钢牌号及槽型，重算5000rpm开路情况：



齿槽转矩


反电势波形及FFT


转子四段V形斜极20° el.，齿槽转矩下降一半多，反电势谐波有所下降，主要是2mp±1次齿谐波明显被削弱。




至于线反电势，因为是Y接，3k次谐波则不存在，具体波形和FFT分解如下：



再看800A对应的MTPA峰值转矩，平均413Nm，波动峰峰值~24Nm，阶次为齿槽转矩的1/3，即基本阶次为18阶，一个电周期波动6次


对其FFT分析，可见主阶次为6p次的

pat