ANSYS Maxwell新能源電機設計解決方案（Maxwell）

2016-10-17 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網

隨著汽車制造商爭先以下一代汽車占領市場,本已經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、高燃油經濟性也越來越受到消費者的青睞。新能源汽車順應了市場的需求,進入了快速發(fā)展的階段,但驅動電機、動力電池系統(tǒng)、IGBT及控制器等電驅動關鍵零部件及其系統(tǒng)一直是眾多企業(yè)的重點和難點,如何在機遇與困難面前搶占先機,ANSYS已經準備了專業(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,其所對應的關鍵技術如圖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(圖3、圖4)助力新產品的研發(fā)設計,縮短產品研發(fā)周期,提高產品性能,提升企業(yè)的市場競爭力。

圖1

圖2

圖3

圖4

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

針對電機永磁化、高速化、無刷化、數字化、集成化、智能化、高效節(jié)能化的發(fā)展趨勢和相關技術挑戰(zhàn),ANSYS能提供集成化設計解決方案和流程,高效實現電機從磁路法到有限元、從部件到系統(tǒng)、從電磁到多物理場耦合的多領域、多層次、集成化電機及驅動/控制系統(tǒng)設計。

ANSYS集成化電機設計流程主要包括(圖4):

1. 電機快速設計和方案優(yōu)選:采用電機磁路法設計工具RMxprt(圖5),快速實現電機的初始方案評估和優(yōu)化設計,縮小電機的設計空間,并一鍵輸出電機二維或三維有限元模型以及電機的系統(tǒng)仿真模型備用;

圖5

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

圖6

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

圖7

4. 電機電磁、熱耦合分析:采用Maxwell輸出電機的幾何模型和分布式損耗到Mechanical或FLUENT等工具中,進行電機溫度場仿真,實現電磁、熱單/雙向耦合分析,預測電機在各種工況下的溫升并優(yōu)化散熱系統(tǒng)設計(如下圖8所示);

圖8

5. 電機電磁、振動、噪聲耦合分析:采用Maxwell輸出電機的幾何模型到Mechanical,利用Workbench和ANSYS電機電磁、振動、噪聲自動化耦合仿真流程,便捷地分析電機在各種工況下的結構應力、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,方便用戶將復雜的設計流程化、自動化。UDO能夠在電磁場有限元分析結束后,直接輸出電機的各種電磁性能數據;ToolKit能夠一鍵完成永磁和感應電機的LdLq、效率Map圖、一鍵輸出電機的轉矩轉速曲線等,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等對電機性能的影響。

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