Bachelor's Thesis

Analysis of the Toyota Prius electric motor

Final Thesis 6.08 MB

Author of thesis: Bc. Konstantin Naveriani

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Světlík

Abstract:

This bachelor thesis deals with electromagnetic modelling of a permanent magnet motor used in the fourth-generation Toyota Prius. The research part describes modern electric motors used for transportation electrification and basic methods of electromagnetic modelling. The practical part focuses on creating a motor model using the finite element method in FEMM, designing a reluctance network, and comparing the results of both methods. The reluctance network is calculated in MATLAB. For the no-load condition and for the calculation of motor parameters in the d-axis and q-axis, selected electromagnetic parameters are determined using the reluctance network and subsequently compared with the results of the finite element method

Keywords:

Electrical machines, Toyota Prius 4th generation motor, electromagnetic modelling, finite element method, FEMM, reluctance network, d-q axis

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval bakalářskou práci na téma Analýza elektromotoru Toyoty Prius. Student představil komisi náplň své bakalářské práce. Popsal metody elektromagnetického modelování. Dále prezentoval elektromagnetický model motoru, který vytvořil pomocí MKP. Seznámil komisi se zjednodušeními, které na modelu provedl. Prezentoval schéma pro výpočet motoru naprázdno a shrnul výsledky výpočtů. Popsal výpočet motoru naprázdno. Vyhodnotil chybovost dosažených výsledků. Prezentoval grafy průběhů magnetické indukce ve vzduchové mezeře. Odpověděl na otázky oponenta a s problémy i otázky komise.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power Electrical and Electronic Engineering (BPC-SEE)

Composition of Committee

doc. Ing. Ondřej Vítek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Petr Procházka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Bohuslav Bušov, CSc. (člen)
Ing. Petr Huták, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jan Bárta, Ph.D.

Student Konstantin Naveriani vypracoval svou bakalářskou práci na téma Analýza elektromotoru Toyoty Prius

-    Z hlediska zadání práce autor splnil veškeré body zadání. Nicméně hloubka plnění mohla být větší. Hodnocení: dobře

-    Prezentační úroveň: Z hlediska struktury je práce přehledná. Kvalita prezentace některých výsledků mohla být ale vyšší. Autor ale mohl provést větší diskuzi dosažených výsledků. I přesto hodnotím toto hledisko stupněm velmi dobře.

-    Jazykové a formální hledisko: Autor napsal text, který je převážně odborný a srozumitelný. Práce je psaná v českém jazyce. Hledisko hodnotím stupněm výborně.

-    Práce s literaturou: Autor citoval 48 literárních zdrojů. Hledisko práce autora s literaturou tak hodnotím stupněm výborně.

-    Výsledek a přínos práce: Autor zpracoval poměrně obsáhlé téma a popsal modelování prostřednictvím reluktanční sítě. Získané výsledky srovnal s MKP. Hodnocení velmi dobře.
-    Pracovní přístup: Autor pracoval velice usilovně a převážně samostatně. Jednoznačně prokázal schopnost řešit zadaný problém, a proto hledisko práce autora hodnotím stupněm velmi dobře.

Shrnutí:
Autor se problematice věnoval usilovně a svědomitě, přičemž prokázal schopnost samostatně řešit zadanou problematiku.. S ohledem na výše uvedené hodnotím práci stupněm B – velmi dobře a práci doporučuji k obhajobě. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 85
Známka navržená vedoucím: B Points proposed by supervisor: 85

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Martin Světlík

Student Konstantin Naveriani předložil bakalářskou práci na téma "Analýza elektromotoru Toyoty Prius". Tato práce se zabývá porovnáním dvou základních přístupů k elektromagnetickému modelování elektrických strojů na příkladu trakčního motoru používaného ve vozidle Toyota Prius čtvrté generace. Práce zahrnuje jak teoretickou rešerši problematiky trakčních pohonů a metod elektromagnetického modelování, tak praktickou část zaměřenou na tvorbu a porovnání numerického modelu metodou konečných prvků a náhradního reluktančního modelu.

Teoretická část je zpracována přehledně a systematicky. Autor popisuje principy činnosti jednotlivých typů elektrických strojů, přičemž se zaměřuje zejména na jejich využití v trakčních aplikacích. Pozitivně hodnotím zejména identifikaci klíčových požadavků kladených na trakční pohony, mezi které patří například široký rozsah konstantního výkonu (Constant Power Speed Range – CPSR). Negativně však hodnotím použití netechnických pojmů jako například "měděné ztráty".

V praktické části student aplikoval získané teoretické poznatky na řešení konkrétního technického problému. Oceňuji především snahu o zahrnutí vlivu magnetické saturace železných můstků do reluktančního modelu. Správně byla rovněž využita geometrická symetrie stroje.

Porovnání výsledků ukazuje poměrně dobrou shodu při výpočtu magnetické indukce, kde byla dosažena průměrná odchylka 5,43 %. Naopak u veličin, jako je indukované napětí a synchronní reaktance v d-ose, jsou rozdíly mezi jednotlivými metodami výrazně vyšší. Konkrétně byla zjištěna relativní odchylka 26,82 % u indukovaného napětí a 42,7 % u reaktance v d-ose.

Za hlavní slabinu práce považuji relativně vysokou míru zjednodušení použitého reluktančního modelu, kterou autor ostatně uvádí i v závěru práce. Přestože zvolený přístup umožňuje rychlé výpočty, vede současně ke značným odchylkám u některých sledovaných parametrů.

V práci by bylo vhodné podrobněji zdůvodnit volbu jednotlivých geometrických aproximací použitých při výpočtu reluktancí magnetického obvodu a diskutovat jejich vliv na dosaženou přesnost výsledků. Současně postrádám hlubší úvahu nad možnostmi dalšího zpřesnění modelu, například rozšířením reluktanční sítě o další větve ve statorové a rotorové části magnetického obvodu. Taková analýza by mohla lépe objasnit potenciál této metody pro návrhové a optimalizační úlohy.

Student splnil všechny body zadání a i přes uvedené připomínky považuji práci za přínosnou a doporučuji ji k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. V čem spatřujete hlavní příčinu odchylky 26,82 % při výpočtu indukovaného napětí?
  2. Jakým způsobem by bylo možné upravit reluktanční síť za účelem snížení přibližně 42% odchylky při výpočtu synchronní reaktance v d-ose?
  3. Odůvodněte zvýšení výkonu stroje při změně závitů statorového vinutí, jak popisujete v kapitole 1.4.2.
  4. V kapitole 3.2 popisujete, že "...bylo nutné některé konstrukční detaily zjednodušit...." O jaké detaily a jaké zjednodušení se jedná?
Points proposed by reviewer: 82

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová