Ajoneuvon kestomagneettitahtikoneen takaisinmallinnus
Himanen, Jori (2026)
Diplomityö
2026
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2026050337176
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2026050337176
Tiivistelmä
Diplomityön tavoitteena on takaisinmallintaa ajomoottorina toiminut kestomagneettitahtikone ja muodostaa siitä Motor-CAD-ohjelmistolla simulaatiomalli mittatietojen perusteella. Mallin sähköiset parametrit sovitetaan moottorista saatuihin lähtötietoihin, erityisesti huipputehoon, jotta simulaatiot kuvaisivat todellista konetta mahdollisimman tarkasti.
Työssä tarkastellaan henkilöautojen sähköistä voimansiirtoa sekä yleisimpiä ajomoottorityyppejä. Lisäksi käsitellään sähkömoottorin tavanomaista suunnitteluprosessia sekä kestomagneettitahtikoneen rakennetta ja toimintaperiaatetta.
Mallinnettavan koneen suorituskykyyn merkittävimmin vaikuttaviksi tekijöiksi tunnistetaan korkea akuston nimellisjännite, staattorissa käytettävä hiuspinnikäämitys sekä roottoriin upotetut korkealuokkaiset kestomagneetit. Kestomagneettien osuus vääntömomentin tuotossa on kuitenkin maltillista, sillä kone hyödyntää huomattavaa reluktanssieroa, jonka avulla se tuottaa reluktanssivääntömomenttia. Tämä tukee tehokasta toimintaa kentänheikennysalueella.
Työn tuloksena syntyy Motor-CAD-simulaatiomalli, jonka avulla voidaan analysoida tarkasteltavan kestomagneettitahtikoneen sähköisiä ja lämpöteknisiä ominaisuuksia sekä arvioida keskeisten suunnitteluparametrien vaikutusta moottorin suorituskykyyn. The aim of the thesis is to reverse engineer a permanent magnet synchronous machine and form a Motor-CAD simulation model based on the measurement data from the motor. Electrical parameters of the motor are matched to the initial data of the motor, especially the peak power, to make the simulation results represent the real machine as accurately as possible.
The electric powertrains of passenger vehicles and the most common types of traction motors are examined in the thesis. In addition, the typical design process of electrical machines as well as the structure and basic operating principles of the permanent magnet synchronous machines are discussed.
The most significant factors affecting the performance of the modeled machine are recognized as the high nominal voltage of the battery, the use of hairpin winding in the stator and high-grade permanent magnets embedded in the rotor. The contribution of permanent magnets to torque production is moderate, as the machine utilizes significant saliency, which enables the generation of reluctance torque. This supports efficient operation in the fieldweakening region.
As a result, a Motor-CAD simulation model is developed, which can be used to analyze the electrical and thermal performance of the studied motor and to evaluate the impact of key design parameters on its performance.
Työssä tarkastellaan henkilöautojen sähköistä voimansiirtoa sekä yleisimpiä ajomoottorityyppejä. Lisäksi käsitellään sähkömoottorin tavanomaista suunnitteluprosessia sekä kestomagneettitahtikoneen rakennetta ja toimintaperiaatetta.
Mallinnettavan koneen suorituskykyyn merkittävimmin vaikuttaviksi tekijöiksi tunnistetaan korkea akuston nimellisjännite, staattorissa käytettävä hiuspinnikäämitys sekä roottoriin upotetut korkealuokkaiset kestomagneetit. Kestomagneettien osuus vääntömomentin tuotossa on kuitenkin maltillista, sillä kone hyödyntää huomattavaa reluktanssieroa, jonka avulla se tuottaa reluktanssivääntömomenttia. Tämä tukee tehokasta toimintaa kentänheikennysalueella.
Työn tuloksena syntyy Motor-CAD-simulaatiomalli, jonka avulla voidaan analysoida tarkasteltavan kestomagneettitahtikoneen sähköisiä ja lämpöteknisiä ominaisuuksia sekä arvioida keskeisten suunnitteluparametrien vaikutusta moottorin suorituskykyyn.
The electric powertrains of passenger vehicles and the most common types of traction motors are examined in the thesis. In addition, the typical design process of electrical machines as well as the structure and basic operating principles of the permanent magnet synchronous machines are discussed.
The most significant factors affecting the performance of the modeled machine are recognized as the high nominal voltage of the battery, the use of hairpin winding in the stator and high-grade permanent magnets embedded in the rotor. The contribution of permanent magnets to torque production is moderate, as the machine utilizes significant saliency, which enables the generation of reluctance torque. This supports efficient operation in the fieldweakening region.
As a result, a Motor-CAD simulation model is developed, which can be used to analyze the electrical and thermal performance of the studied motor and to evaluate the impact of key design parameters on its performance.