普锐斯电机磁场分析
丰田-普锐斯混合动力车系统研究
摘要普锐斯Prius于1997年10月底问世，是世界上最早实现批量生产的混合动力汽车。
在人们日益关注环保的今天，普锐斯Prius因革命性地降低了车辆燃耗和尾气排放，其划时代之意义与先进性得到了全世界的高度评价。
2005年12月15日正式我国上市的新款普锐斯Prius，是第二代普锐斯Prius，它装备了新一代丰田混合动力系统THS II这是在上一代丰田混合动力系统THS的基础上，以能够同时提高环保性能和动力性能的“Hybrid Synergy Drive （混合动力同步驾驶）”为概念开发的。
THS II通过提升电源系统的电压使马达功率提高到原来的1.5倍，并通过控制系统的改进解决了一系列的技术难题，从而使发动机动力与马达动力的协同增效作用得到极大程度的发挥。
新款普锐斯Prius除了拥有新一代丰田混合动力系统THS II 特有的“平滑而强劲的动力性能”和“世界顶级的环保性能”外，还拥有前卫的造型、舒适的操控性能、以及电子排档、带湿度感应器的电动变频自动空调等引人注目的卓越功能和先进装备。
动力系统构成通过提升电源系统电压来提高马达输出功率，同时控制系统进行了大幅度的改进。
自主开发总成所构成的全息系统，带来车辆行驶性能的飞跃。
主要新开发总成THS II的主要总成全部由丰田汽车公司自主开发。
通过对电源系统、马达、发电机、电池组等的革新，全面提升了系统性能。
系统构成包括：两个动力源（采用高膨胀比循环的高效汽油发动机和输出功率提升至1.5倍的永磁式交流同步电动机）及其驱动马达、发电机、内置动力分离装置的混合动力用变速箱、混合动力用高性能镍氢电池组、动力控制总成。
与人们所熟悉的将汽油发动机作为动力提供装置的普通汽车不同，普锐斯Prius的动力有两部分组成，除了发动机外还多出了电动机（永磁式同步交流电动机）和混合动力车专用蓄电池（密封镍氢电池），这样蓄电池的电力也可以为车辆提供部分动力，达到节省燃油的目的。
在普锐斯Prius的整个行驶过程中到底是用发动机还是用马达来驱动汽车是要根据车辆的行驶状态来决定的，发动机只有在普通行驶和全面加速的两个阶段中运转，消耗燃料，而在减速制动阶段由车轮来驱动马达将车辆制动能量转换成电能并进行回收将被再次利用。
利用MAXWELL分析电机中的瞬态电场磁场
利用MAXWELL分析电机中的瞬态电场磁场电机是将电能转化为机械能的重要设备，其工作原理涉及到瞬态电场和磁场的相互作用。
为了分析电机中的瞬态电场和磁场，我们可以借助MAXWELL方程组进行研究。
MAXWELL方程组是描述电磁现象的基本方程，包括麦克斯韦方程和连续性方程。
这些方程包含了电场和磁场与电荷和电流之间的关系，可以用于分析电磁波在空间中的传播和电磁场的产生。
首先，我们来看麦克斯韦方程组。
麦克斯韦方程组包括以下四个方程：1.高斯定律：该方程描述了电场与电荷之间的关系。
它表明，电场从正电荷流出，流入负电荷，在一个闭合曲面上的电场的通量与该曲面内的电荷量成正比。
∮E·dA=1/ε₀∫ρdV2.高斯安培定律：该方程描述了磁场与电流之间的关系。
它表明，在一个闭合曲面上的磁场的通量与该曲面内的电流和变化的电场有关。
∮B·dA=μ₀(∫J·dA+ε₀∫∂E/∂t·dA)3.法拉第电磁感应定律：该方程描述了磁场的变化对电场的影响。
它表明，磁场的变化会产生电场环路上的感应电动势。
∮E·dl = -d(∫B·dA)/dt4.安培环路定律：该方程描述了电场的变化对磁场的影响。
它表明，变化的电场会产生环路上的感应磁场。
∮B·dl = μ₀∫J·dA + μ₀ε₀∫∂E/∂t·dA这些方程组成了描述电磁场的基本规律，可以用于分析电机中的瞬态电场和磁场。
在电机中，电流通过线圈产生磁场，磁场通过磁路产生力，力则驱动电机运转。
MAXWELL方程组可以用于分析电机中的电场和磁场变化。
以电机启动为例，启动时电机中的电场和磁场会发生急剧变化。
我们可以利用MAXWELL方程组分析这个过程。
首先，根据高斯定律，我们可以计算出电场在空间中的分布。
电场的分布与电荷密度相关，在电机线圈中的电荷密度会随着电流的变化而变化。
然后，根据高斯安培定律和安培环路定律，我们可以计算出磁场在空间中的分布。
丰田普锐斯电机及驱动控制系统解析
圈１ １ ＴＨｓ一｜Ｉ电动机驱动系统高压电路维修插铺 图１２发动机舱内ＨＶ保险丝
万方数据
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降压直流斩波电路由发电机ＭＧ １、 逆变／整流器、绝缘栅双极型晶体管Ｖ７、 二极管Ｄ８、电抗器Ｌ、电容器Ｃ１组成（图 ９）。降压时，ＨＶ ＥＣＵ利用绝缘栅双极型 晶体管Ｖ７导通。把ＤＣ５００Ｖ降压为平均 值ＤＣ２０１．６Ｖ的直流电压。向ＨＶ蓄电池
变电路。由ＶＨ ＥＣＵ触 发绝缘栅双极型晶体 管控制极，使Ｖ１～Ｖ６ 快速导通和关断，强 行将ＤＣ５００Ｖ直流电 转换成三相ＡＣ５００Ｖ 交流电。如果改变 Ｖ１～Ｖ６的触发信号 频率和时间。就能改 变逆变器输入电机 ＭＧ２定子绕组电流空 间相量的相位和幅值， 以适应电机ＭＧ２的驱 动需要。反之，电机 ＭＧ２在车辆减速或制 动时产生再生制动电 能，经绝缘栅双极型 晶体管Ｖ１～Ｖ６全控 型桥式整流电路整流
高惠民
汽车维修与保养 FOR REPAIR & MAINTENANCE 2007(5)
本文链接：/Periodical_qcwxyby200705001.aspx
该信号经过隔离电路后，直接驱动变 频器三组逆变电路ＩＧＢＴ模块中Ｖ１～Ｖ６控 制极快速导通与关断，实现变频器输出电 流的逆变、换相和定向目的。
丰田普锐斯混合动力工作原理
丰田普锐斯混合动力工作原理
普锐斯混合动力系统主要由三个组成部分组成：汽油发动机、电动机
以及电池组。
首先，当驾驶员启动车辆时，动力来自于内燃机的燃油供给。
普锐斯
搭载了一台为混合动力量身定制的1.8升汽油发动机，其运转效率非常高。
使用了一系列的技术优化，例如改进气缸燃烧充分程度、减少内摩擦损失等。
其次，普锐斯还搭载了一台电动机，该电动机由电池组供电。
电池组
是由大量的镍氢电池（NiMH）构成的，可在车辆长时间停止状态下直接供电。
这就意味着普锐斯可以在一些交通拥堵情况下仅依靠电动机运行，从
而节省燃油并减少环境污染。
在大多数情况下，当发动机需要额外动力时，智能控制系统会启动发
动机，并将燃油供给给发动机。
与此同时，电动机通过在车轮上提供辅助
动力，提高了发动机效率。
当车辆减速、制动或者处于低速行驶状态时，
电动机会转为发电机工作，将制动能量转化为电能储存到电池中，以供以
后使用。
此外，普锐斯还具有回收能量的功能。
当车辆处于行驶状态时，发动
机通常会产生一些浪费的能量。
普锐斯的智能控制系统能够通过将发动机
的部分能量转变为电能并储存在电池组中来最大限度地利用这些浪费的能量。
这些回收的能量后续可以用来供给电动机运行，从而减轻了对发动机
的依赖和燃料的消耗。
总结来说，丰田普锐斯混合动力系统通过将汽油发动机和电动机结合
起来，并依靠智能控制系统来优化动力的配送，从而实现了燃油的节省和
环保的目标。
这种混合动力系统在当今的汽车市场上已经被广泛应用，并成为了未来汽车发展的方向之一。
基于电磁学原理的电机磁场分析与优化
基于电磁学原理的电机磁场分析与优化电机作为现代工业的重要设备之一，广泛应用于各个行业中。
而电机的运行离不开磁场的作用。
本文将基于电磁学原理，对电机的磁场进行分析与优化。
一、电机磁场的形成电机的磁场是通过电磁感应原理形成的。
当通电线圈中有电流通过时，就会在周围产生磁场。
这个磁场可以通过安培环路定理来描述，即磁场的强度与电流的大小和线圈周围的导磁材料有关。
二、电机磁场的分析1. 磁场分布电机的磁场分布是一个非常重要的参数，它影响到电机的转矩、效率等性能。
通过磁场分布的分析，可以评估电机的磁场均匀性和磁场强度分布等指标。
2. 磁链分析电机的磁链是磁场的一种表示形式，可以用来描述磁场的强度和方向。
通过磁链的分析，可以了解电机的磁通量和磁感应强度等性能指标。
3. 磁场耦合电机中的磁场是由多个线圈产生的，这些线圈之间存在着相互作用。
通过磁场耦合的分析，可以评估电机各个线圈之间的磁场干扰程度，从而优化电机的设计。
三、电机磁场的优化1. 材料的选择电机中的铁芯材料对磁场的形成和传输起着重要作用。
合理选择导磁材料，可以提高电机的磁场强度和均匀性。
2. 结构的优化电机的结构对磁场的形成和传输也有一定影响。
通过优化电机的结构，可以减小磁场的损失和漏磁，提高电机的效率和性能。
3. 控制的改进电机的磁场可以通过控制电流的大小和方向来调节。
通过改进电机的控制方式，可以优化磁场的形成和传输，从而提高电机的性能和效率。
四、电机磁场的应用1. 发电机发电机利用电磁感应原理将机械能转化为电能。
通过优化电机的磁场，可以提高发电机的效率和输出功率。
2. 电动机电动机是将电能转化为机械能的设备。
通过优化电机的磁场，可以提高电动机的转矩和效率，降低能耗。
3. 变压器变压器利用电磁感应原理实现电能的传输和变换。
优化变压器的磁场可以提高其传输效率和功率密度。
总结：基于电磁学原理对电机的磁场进行分析与优化，可以提高电机的性能和效率。
通过对磁场分布、磁链、磁场耦合等方面的分析，可以评估电机的性能指标。
基于普锐斯2004的maxwell仿真案例
基于普锐斯2004的maxwell仿真案例
普锐斯2004是一款具有优秀设计性能的永磁电机，经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。
以下是一个基于普锐斯2004的Maxwell 仿真案例：
1.建立模型：首先，使用Maxwell软件建立普锐斯2004的电机模型。
该模型应该包括电机的所有主要部件，如定子、转子、轴承等。
此外，还需要定义电机的物理参数，如材料属性、尺寸等。
2.设定边界条件：根据电机的实际运行环境，设定模型的边界条件。
例如，如果电机在封闭的环境中运行，可能需要设定封闭的边界条件；如果电机暴露在空气中，则需要设定开放的边界条件。
3.运行仿真：在模型和边界条件设定完成后，运行仿真。
仿真过程通常包括电机的稳态和动态分析。
稳态分析主要关注电机的电阻、电感等参数；动态分析则关注电机的动态行为，如转矩、电流等。
4.结果分析：仿真完成后，需要分析仿真结果。
这包括查看电机的性能曲线、转矩波动、损耗等参数。
通过与实验结果的比较，可以验证仿真模型的准确性和有效性。
5.优化和改进：根据仿真结果的分析，对模型进行优化
和改进。
这可能包括改变电机的设计参数、优化材料属性等。
通过不断的优化和改进，可以提高电机的性能和效率。
总之，基于普锐斯2004的Maxwell仿真案例是一个复杂的过程，需要综合考虑电机的设计、材料属性、运行环境等多个因素。
通过仿真和实验的结合，可以深入了解电机的性能和行为，为电机的优化和改进提供有力支持。
Manatee振动噪声分析
Manatee软件电磁振动噪声分析北京天源博通科技有限公司褚占宇利用Manatee软件分析丰田Prius2004电机电磁及振动噪声Manatee软件是由法国EOMYS公司研发的，可以计算电机的电磁振动噪声的软件。
北京天源博通科技有限公司是该软件在中国的代理商。
本文主要是利用Manatee软件分析丰田Prius2004款电机的电磁及振动噪声。
表1是丰田Prius2004电机的主要尺寸参数。
表1电机主要的参数名称数据定子外径/mm269.24定子内径/mm161.9气隙长度/mm0.75铁心长度/mm83.82转轴外径/mm110.64极数/槽数8/481建模流程首先打开Manatee软件。
如下图所示。
选择电机类型，点击New Machine按钮，选择要编辑的电机类型。
在电机类型里面选择BPMSM，为内置式的永磁电机类型。
P中输入极对数为4（注意这里是极对数不是极数）。
接着设置Machine Dimensions选项，在这里设置电机的定子外半径为134.62mm,定子内半径为80.95mm，转子外半径80.2mm，转子内半径为55.32mm。
计算出气隙长度为0.75mm。
设置定子轴向长度，定子硅钢片轴向长度为83.82，硅钢片的叠压系数设置为0.95。
没有径向通风道和轴向通风口。
设置定子槽型，软件提供了多种槽型，选择相应的槽型进行设置。
在这里选择槽型11，以下为具体的槽型尺寸参数。
当设置好后，可以点击Preview按钮，生成如下图所示。
定子绕组设置，Prius2004为3相双层，分布短距，绕线间距为5，并绕根数13，并联之路数1，每线圈的串联匝数9。
点击next按钮，选择3相双层，绕组跨距为5。
点击Preview按钮，生成如下图所示。
点击next按钮，设置并联之路数1，每线圈的串联匝数9。
点击next按钮，选择圆导线，材料选择铜，并绕根数13，设置线径0.912mm。
点击next按钮，设置端部绕组。
丰田2017Prius电机拆解与分析
丰田2017Prius电机拆解与分析丰田2017第四代Prius电机功率达到了53kW，体积功率密度为5.7kW/L，质量功率密度为1.7kW/kg。
与第三代相比，最大功率减少了11.7%左右，最大扭矩减少了21.3%左右，但转速提高了26%，达到17000转，体积与质量功率密度也提高了。
电机下图的最左侧为电机的定子，相比之前的方案，2017 Prius电机定子更小，更长。
定子的总重为11.4kg，共有48个槽，层压堆栈长度为2.35 英寸, 总长度 (包括端面) 为4.69 英寸。
定子外径为8.47 英寸, 内径为5.580 英寸。
每槽有4个导体，尺寸为0.150 英寸* 0.088 英寸，进而形成发卡形式绕组。
电机转子的质量为6.8kg，去轴重量为5.4kg，转子共有8个磁极，每个磁极有3个磁体组。
定子的层压厚度为0.25 mm。
每个磁体组有2个磁体，其尺寸为0.275英寸*0.144英寸*2.33英寸，质量为11.34g，合计48个磁体的质量为544.3g。
发电机：发电机的定子如下图左所示，总重量为6.4kg，共有15个槽。
定子的外径为7.486英寸，内径为5.002英寸。
上图的最右侧是发电机的转子，转子的质量为4.2kg，去轴重量为3kg；硅钢0.25mm厚。
转子有10个磁极，呈V字形排布，这点与之前的Prius设计类似。
磁极的每一侧有两个并排的磁体，每个磁体的尺寸为0.282英寸*0.187英寸*1.623英寸，质量约为10.5g。
这40个磁体的总质量为420.6g。
定子的冷却采用油冷，冷却油经转子的转轴流出，向外径的方向扩散，具体见上图：冷却油首先流至定子最内层孔，再流至中间层孔，最后流至外层孔。
比较下Prius电机铜材和磁钢的使用可以看出，尽管每个Prius电机的转速在提高，功率密度在提高，效率也在增加，但是所用的铜材和磁钢的单位用量都在减少。
以下是Prius2017电机与其他几款电机的横向比较表格：交流与纠正，请发tangzimu@,核对后及时更新。
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3.3 加载电流激励源 计算模型不是整个电机，只有部分线 圈。电机是由三相对称电源供电，我们需要 输入流入流出每个线圈的电流，输入： 1500A 到PhaseA -750A 到PhaseB -750A 到 PhaseC 4．电磁场仿真分析 4.1 力矩 4.1.1 没有加激励时 在仿真计算时算的是 1 模型，而非整
1
Email:
949147417@
Abstract: The computer simulation technology became an important method in pedagogy
development. The finite element analysis software named Maxwell was applicable to the electromagnetism field analysis in electrical engineering. In this paper, mainly describes how to build 3D TOYOTA Prius permanent magnet synchronous motor model ,Motor parts and selection of materials to create, Add the excitation source, Solving rotor torque, Magnetic flux density distribution, Magnetic field lines of the drawing, Introduced the basics of using the software ansoftV12 .
H(A/m) 0 22.28 25.46 31.83 47.74 63.66 79.57 159.15 318.3 477.46 636.61 795.77 1591.5
B(Tesla) 0 0.05 0.1 0.15 0.36 0.54 0.65 0.99 1.2 1.28 1.33 1.36 1.44
[1] 刘国强，赵凌志，蒋继娅. Ansoft 工程电磁场 有 限 元 分 析 [M]. 北 京 : 电 子 工 业 出 版 社 ， 2005.8 [2] 赵博，张洪亮，Ansoft 12 在工程电磁场中的
0.00
-50.00
-100.00
-150.00 0.00 2.00 4.00 Time [ms] 6.00 8.00 10.00
应用[M]. 中国水利水电出版社，2010.01 [3] 杨文焕，李正等. 电机与拖动基础[M].西安: 西安电子科学技术大学出版社,2008.
图8电机转矩曲线
8
个电机，所以求得的结果必须乘以8：
Ten T 8 0.00097261 8 0.00778088N m
4.1.2添加激励后
Ten T 8 5.5303 8 44.2424 N m
4.2 电感矩阵 PhaseA PhaseA PhaseC PhaseB 0.0011219 0.00010188 -0.0001334 PhaseC 0.00010188 0.00060163 0.0001057 PhaseB -0.0001334 0.0001057 0.0011的匝数
N 相关，且于Z 轴方向长度（depth）相关，
电感矩阵信息中所显示的为单匝， 单位长度 的电感值，因此实际电感需要按下式计算：
La L N 2 depth
4.3 电机磁通密度云图分布 4.3.1 未添加激励时电机的磁通密度
学生姓名，王永杰▕普锐斯永磁驱动电机 3D 电磁场分析 4.5 电机线圈磁链
电机电器的电磁场，研究生课程（论文类）试卷，2 011
/2 012
学年第 1 学期
The Electromagnet Field 3D Analysis for Prius Permanent Magnet Motor
student1 ,YongJie Wang2
School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai, 200093, China
Moving1.Torque [NewtonMeter]
100.00
50.00
5.结语 通过对丰田 prius 混合动力车的驱动电 机的 ansoft3D 仿真，建立了永磁电动机的 3D 模型，对电机的材料进行了设置和分配， 并对电机的转矩、磁通密度、磁力线等问题 进行了仿真求解，达到了良好的效果。 参考文献
1 2
1
学生姓名，王永杰▕普锐斯永磁驱动电机 3D 电磁场分析
图1 电机几何模型
3.2 永磁体材料 B Br=1.19Tesla H Hc=-920KA/m
图 3 线性永磁材料退磁曲线
图2 电机几何模型图（续）
3．三相永磁同步电动机电机的材料及 激励源 对于永磁同步电动机静磁场分析， 需要 指定以下材料属性： 1 指定气隙Air-gap 材料属性——空气（亦 可采用默认材料属性真空）； 2 指定绕组coil 材料属性——铜； 3 定义定子铁心Stator 及转子轭yoke 材料 属性M19-29G，一种电机常用非线性铁磁材 料； 4 定义永磁体材料，命名为 P_Mag，指定给 永磁磁极。 3.1 M19-29G 硅钢片
图7 添加励磁后电机磁通密度云图分布 图 10 Rotor，Stator，PM1 和 PM2 的磁通密度
4.4 电机转矩曲线
Ansoft LLC
200.00
XY Plot 1
5_Partial_Motor_TR
Curve Info Moving1.Torque Setup1 : Transient
150.00
Ansoft LLC
4.00
XY Plot 2
5_Partial_Motor_TR
Curve Info FluxLinkage(PhaseA) Setup1 : Transient FluxLinkage(PhaseB) Setup1 : Transient
3.00
2.00
FluxLinkage(PhaseC) Setup1 : Transient
Keyword:
Maxwell,
Electromagnetism,
Electrical machine,
the finite element analysis
普锐斯永磁驱动电机 3D 电磁场分析
学生姓名 ，王永杰 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海市, 200093 1 Email: 949141417@ 摘 要 计算机仿真技术成为高等教育教学发展的一个重要技术手段，有限元分析软件 Maxwell 适用于电机的电磁场仿真分析。本文通过对丰田 prius 永磁电机模型的 3D 建立、 电机各个部分材料的创建及选择、激励源的添加、电机转子转矩的求解、磁通密度的分布、 磁力线的绘制的问题的分析，介绍了 ansoftV12 软件的基本使用方法。 。 关键词 Maxwell, 电磁场仿真, 电机, 有限元分析 1．引言 近年来， 计算机仿真技术成为高等教育教学 发展的一个重要技术手段， 本文利用有限元 软件ansoft，对丰田prius混合动力车的驱 动电机进行了建模仿真。 2．普锐斯电动机电机几何模型 普锐斯混合动力车用驱动电机为8极内 置式转子磁路结构，定子为48槽，绕组为三 相单层结构
1.00
Y1 [Wb]
0.00
-1.00
-2.00
-3.00
-4.00 0.00 2.00 4.00 Time [ms] 6.00 8.00 10.00
图6 未加励磁时电机磁通密度云图分布
图 9 电机线圈磁链
4.3.2 添加激励后电机的磁通密度
4.6 Rotor，Stator， ，PM1 和 PM2 的磁通密 度
H(A/m) 3183 4774.6 6366.1 7957.7 15915 31830 111407 190984 350138 509252 560177.2 1527756
B(Tesla) 1.52 1.58 1.63 1.67 1.8 1.9 2 2.1 2.3 2.5 2.563994 494 3.779889 874