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、減少環境污染是政府、行業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,進入了快速發展的階段,但驅動電機、動力電池系統、IGBT及控制器等電驅動關鍵零部件及其系統一直是眾多企業的重點和難點,如何在機遇與困難面前搶占先機,ANSYS已經準備了專業化的工具,幫助您在未來汽車制造中獲得競爭優勢。

HEV/EV動力總成系統如下圖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性能優化,ANSYS提供了全面地多物理場技術(圖3、圖4)助力新產品的研發設計,縮短產品研發周期,提高產品性能,提升企業的市場競爭力。

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展,電機設計的要求越來越苛刻,精度要求也越來越高,傳統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、高效節能化的發展趨勢和相關技術挑戰,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、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仿真模型備用;

圖5

2. 電機電磁場有限元精確優化設計: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優化,并輸出等效電路模型備用;

圖6

3. 電驅動系統集成化設計:采用Simplorer進行電機及控制系統仿真,結合SCADE嵌入式控制代碼自動生成技術;結合Maxwell場路耦合、瞬態協同仿真技術;結合Q3D線纜、母排、IGBT寄生參數提取技術;對整個電驅動系統進行高精度仿真和性能優化(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化散熱系統設計(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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