ANSYS Maxwell新能源電機(jī)設(shè)計解決方案（Maxwell）

2016-10-17 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

隨著汽車制造商爭先以下一代汽車占領(lǐng)市場,本已經(jīng)殘酷的市場競爭變得更加激烈。而提高燃油效率、減少環(huán)境污染是政府、行業(yè)市場和消費者共同的要求,另外小型、輕便、高燃油經(jīng)濟(jì)性也越來越受到消費者的青睞。新能源汽車順應(yīng)了市場的需求,進(jìn)入了快速發(fā)展的階段,但驅(qū)動電機(jī)、動力電池系統(tǒng)、IGBT及控制器等電驅(qū)動關(guān)鍵零部件及其系統(tǒng)一直是眾多企業(yè)的重點和難點,如何在機(jī)遇與困難面前搶占先機(jī),ANSYS已經(jīng)準(zhǔn)備了專業(yè)化的工具,幫助您在未來汽車制造中獲得競爭優(yōu)勢。

HEV/EV動力總成系統(tǒng)如下圖1所示,其所對應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)如圖2所示,針對這些成千上萬個零件的系統(tǒng)性能優(yōu)化,ANSYS提供了全面地多物理場技術(shù)(圖3、圖4)助力新產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計,縮短產(chǎn)品研發(fā)周期,提高產(chǎn)品性能,提升企業(yè)的市場競爭力。

圖1

圖2

圖3

圖4

新能源電機(jī)設(shè)計是一個復(fù)雜的多物理場問題,它涉及到電磁、結(jié)構(gòu)、流體、溫度和控制等多個領(lǐng)域。隨著新材料、新工藝以及各種電機(jī)新技術(shù)的發(fā)展,電機(jī)設(shè)計的要求越來越苛刻,精度要求也越來越高,傳統(tǒng)的設(shè)計方法和手段已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代電機(jī)設(shè)計的要求,必須借助于現(xiàn)代仿真技術(shù)才能解決各種設(shè)計難題。

針對電機(jī)永磁化、高速化、無刷化、數(shù)字化、集成化、智能化、高效節(jié)能化的發(fā)展趨勢和相關(guān)技術(shù)挑戰(zhàn),ANSYS能提供集成化設(shè)計解決方案和流程,高效實現(xiàn)電機(jī)從磁路法到有限元、從部件到系統(tǒng)、從電磁到多物理場耦合的多領(lǐng)域、多層次、集成化電機(jī)及驅(qū)動/控制系統(tǒng)設(shè)計。

ANSYS集成化電機(jī)設(shè)計流程主要包括(圖4):

1. 電機(jī)快速設(shè)計和方案優(yōu)選:采用電機(jī)磁路法設(shè)計工具RMxprt(圖5),快速實現(xiàn)電機(jī)的初始方案評估和優(yōu)化設(shè)計,縮小電機(jī)的設(shè)計空間,并一鍵輸出電機(jī)二維或三維有限元模型以及電機(jī)的系統(tǒng)仿真模型備用;

圖5

2. 電機(jī)電磁場有限元精確優(yōu)化設(shè)計:采用Maxwell(圖6)二維或三維電磁場有限元仿真,并結(jié)合內(nèi)置外電路或Simplorer控制電路,對電機(jī)有限元模型進(jìn)行仿真設(shè)計和細(xì)節(jié)優(yōu)化,并輸出等效電路模型備用;

圖6

3. 電驅(qū)動系統(tǒng)集成化設(shè)計:采用Simplorer進(jìn)行電機(jī)及控制系統(tǒng)仿真,結(jié)合SCADE嵌入式控制代碼自動生成技術(shù);結(jié)合Maxwell場路耦合、瞬態(tài)協(xié)同仿真技術(shù);結(jié)合Q3D線纜、母排、IGBT寄生參數(shù)提取技術(shù);對整個電驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行高精度仿真和性能優(yōu)化(如下圖7所示);

圖7

4. 電機(jī)電磁、熱耦合分析:采用Maxwell輸出電機(jī)的幾何模型和分布式損耗到Mechanical或FLUENT等工具中,進(jìn)行電機(jī)溫度場仿真,實現(xiàn)電磁、熱單/雙向耦合分析,預(yù)測電機(jī)在各種工況下的溫升并優(yōu)化散熱系統(tǒng)設(shè)計(如下圖8所示);

圖8

5. 電機(jī)電磁、振動、噪聲耦合分析:采用Maxwell輸出電機(jī)的幾何模型到Mechanical,利用Workbench和ANSYS電機(jī)電磁、振動、噪聲自動化耦合仿真流程,便捷地分析電機(jī)在各種工況下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、形變以及振動噪音(如下圖9所示)。

圖9

除此之外,ANSYS還提供了定制化開發(fā)功能UDO和ToolKit包,方便用戶將復(fù)雜的設(shè)計流程化、自動化。UDO能夠在電磁場有限元分析結(jié)束后,直接輸出電機(jī)的各種電磁性能數(shù)據(jù);ToolKit能夠一鍵完成永磁和感應(yīng)電機(jī)的LdLq、效率Map圖、一鍵輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線等,且采用MPTA控制算法,并考慮溫度、頻變交流電阻、斜槽、不同頻率下鐵耗系數(shù)等對電機(jī)性能的影響。

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