Performance comparison of electric cars equipped with different electrical motors

Abstract

This master's thesis examines the electric motor of the Audi e-tron electric car and its possible replacement options. The aim of the thesis is to determine which type of electric motor could serve as a reasonable replacement for the original motor from a performance perspective. The thesis is motivated by the need to meet current climate goals, which require a significant reduction in emissions from traffic. Electric cars play a key role in this development.

The thesis examines the technical and economic analysis of electric motors, considering the energy efficiency and performance of the motor in different operating conditions. The comparison focuses on the properties of the induction motor, the permanent magnet synchronous motor, and the synchronous reluctance motor. The central research question of the thesis is which motor could replace the current electric motor in the Audi e-tron (rare-axel induction motor AKA320), considering the electromagnetic performance.

The thesis conducted a literature review on the development of electric cars and electric motors and carried out simulations using the Ansys Motor-CAD software. The simulations enabled comparison of the motors at different operating points. The results show that the permanent magnet machine meets and exceeds the requirements of the original motor, making it a suitable replacement option for the Audi e-tron.

Tässä diplomityössä tarkastellaan Audi e-tron-sähköauton sähkömoottoria ja sen mahdollisia korvaavia vaihtoehtoja. Työn tavoitteena on selvittää, mikä sähkökonetyyppi voisi toimia suorituskyvyn näkökulmasta järkevänä korvaajana alkuperäiselle moottorille. Työ perustuu ajankohtaisiin ilmastotavoitteisiin, joiden saavuttaminen edellyttää liikenteen aiheuttamien päästöjen merkittävää vähentämistä. Tässä kehityksessä sähköautot näyttelevät keskeistä roolia.

Työssä perehdytään sähkömoottoreiden teknistaloudelliseen tarkasteluun, jossa otetaan huomioon moottorin energiatehokkuus ja toimintakyky eri käyttötilanteissa. Vertailu keskittyy erityisesti kestomagneettikoneen ja synkronisen reluktanssimoottorin ominaisuuksiin. Työn keskeinen tutkimuskysymys on, mikä moottori voisi korvata Audi e-tronin nykyisen sähkömoottorin suorituskyky huomioiden.

Työssä suoritettiin kirjallisuuskatsaus sähköautojen ja sähkömoottoreiden kehityksestä sekä toteutettiin simulaatiot Ansys Motor-CAD-ohjelmistolla. Simuloinnit mahdollistivat moottorien vertaamisen eri toimintapisteissä. Tulokset osoittavat, että kestomagneettikone täyttää ja ylittää alkuperäisen moottorin vaatimukset, mikä tekee siitä sopivan korvaavan vaihtoehdon Audi e-tron:n.