Motor-CAD宝马i3驱动电机详解

mengmianren

本文将采用Motor-CAD对此款电机进行拆解分析及实验验证，实验数据来自于美国橡树岭国家实验室。

2016款BMW i3驱动电机峰值功率为125kW，峰值扭矩250Nm，总重量42Kg，螺旋水道冷却方式；72槽12极结构，线规为21AWG，并饶根数12，匝数9，并联支路数6。





实物水道及Motor-CAD中的螺旋水道模型

其主要参数表如下：



以下数据为根据堵转测试的峰值扭矩，从图中可知，其测试的峰值电流为530A，峰值扭矩出现在135°电角度的转子位置，相当于电流超前角45°电角度。



美国橡树岭实验室实测数据

驱动电压360V，超前角45度，驱动电流530A，正弦波驱动，转子斜极5°，分6段，环境温度65°，Motor-CAD中的设置如下所示：



为了精确计算i3电机的输出特性，本例中采用导入模型的方式，进行计算，导入模型为DXF格式，如下图所示：



导入Motor-CAD后的模型如下图所示，从图中可以看出，求解模型已经覆盖了Motor-CAD原模板，模型的求解将按照导入的模型求解。对于导入的模型，Motor-CAD能够自动识别模型的各个区域，如何处为硅钢片，何处为永磁体，何处为气隙，何处为定子气隙，何处为转子气隙等等，无需再指定材料、剖分信息、转动区域等操作，实现导入即可就求解。实现对导入模型的类似“人脸识别”的功能。





磁钢材料为N38UH，硅钢材料的BH曲线及BP曲线如下图所示：





线规类型选择AWG21,绕线排布，如下图所示：









计算结果如下图所示：



磁密云图



计算单



计算单



转矩曲线



下一步对其效率MAP进行计算，Motor-CAD在计算效率MAP具有极高的计算效率，在4核8G内存的笔记本电脑，5分钟之内，即可对效率MAP完成计算。

在模块选择中，选择虚拟实验模块，MTPA控制策略，即可开始对效率MAP图的计算，相关设置如下所示：



计算结果如下图所示，Motor-CAD可以快速实现对效率MAP的评估及高效率区占比计算：





效率MAP图及高效区占比分析



外特性曲线