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ANSYS?电机设计解决方案 ―― 采用无缝集成的多物理域仿真平台 加速电机开发流程 ANSYS 及ANSYS Inc.

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ToolKit能够一键 完成永磁电机的效率、损耗、LdLq、电流等的Map图,一键输出基于MPTA的电机转矩转速曲线等,并考虑交流 电阻、斜槽、不同频率下铁耗系数对各种结果的影响. 业界领先的网格处理技术:网格剖分质量和运动网格处理是影响电机电磁计算精度的主要因素,Maxwell通过先进、自动的自 适应、TAU网格剖分和运动(滑动、重构)网格处理技术,既保证计算精度,又极大地简化网格剖分工作,节省计算资源,并 加快设计流程. 多物理场耦合分析功能:Maxwell结合ANSYS Mechanical、Fluent和Workbench仿真平台,能够实现电磁与温度、电磁与结 构、温度与结构、电磁与流体的单/双向耦合仿真,计算电机的电磁特性、温度分布、结构应力、振动噪声等,全面分析电 机的多物理域耦合特性. 场路耦合瞬态协同仿真技术:通过耦合Maxwell自带外电路或与Simplorer瞬态协同仿真,可将电机本体与驱动电路和控 制系统设计结合起来,通过联合仿真综合考虑电机驱动系统的电气和电磁性能. 无限拓展的系统仿真功能:Simplorer丰富的、与ANSYS RMxprt、Maxwell、PExprt、Q3D、SIwave、HFSS、Mechanical、Icepak、 Fluent、Scade等产品,以及与Simulink、Modsim等第三方产品的模型和协同仿真接口,可轻松实现整个电机控制系统 设计、性能分析及传导干扰分析. 无缝集成的优化设计功能:Maxwell和Simplorer具有参数化分析、细节优化、灵敏度和统计分析功能,可以几何形状、 激励源、材料属性、控制参数等为变量,以遗传算法、Matlab优化器等为优化算法,基于瞬态电磁和系统性能优选设计 方案.结合ANSYS DesignMolder和DesignXploer,Maxwell和Simplorer还可实现全局的、多物理域耦合的、部件和系统 协同的优化,以及参数相关性、响应面和六西格玛分析等. ANSYS? 电机设计解决方案的部分应用 一键IPM电机设计 磁路法设计工具RMxprt具有6种不同的IPM永磁体设计方案,支持单层或多层永磁体结构,且所有设计方案均支持一键有 限元功能,可自动生成包含各种设置的Maxwell 2D和3D有限元分析模型,加速IPM电机设计流程. 定制化永磁电机设计 电磁场有限元分析工具Maxwell定制化电机设计工具包是基于开放式的Python语言开发的脚本程序,可直接输出电机的输 入输出功率、转矩、转速、各种损耗、LdLq、效率以及功率因素等电磁性能数据;

能够一键输出永磁电机的效率、损耗、 LdLq、电流等的Map图,转矩转速曲线等,并考虑交流电阻、斜槽、不同频率下铁耗系数对各种结果的影响. HF/SI HFSS, Q3D, SIWave RLCG寄生参数提取 ANSYS CFD 热分析 ANSYS Mechanical 热/应力分析 Optimetrics 优化设计 Xptts` 电机和电磁部件设计 ANSYS Simplorer 系统设计 SCADE Suite 控制系统设计 ANSYS Maxwell 2D/3D电磁场有限元分析 ANSYS?电机设计解决方案 考虑温度特性的BH曲线建模和温升退磁分析 电机导体、鼠笼和永磁体损耗计算 电机仿真结果:磁密矢量分布、BH曲线和磁滞转矩 Ld、凸极率映射图及永磁体优化后的LdLq曲线和转矩曲线 磁滞材料建模 电机中磁性材料的磁滞效应不仅影响整个空间的磁场分布,而且对磁滞损耗和绕组微分电感有着很大的影响.Maxwell基 于材料磁滞回线对磁性材料进行建模和计算,可以更加准确地计算磁滞损耗和整个空间的磁场分布. 温度退磁计算 Maxwell永磁体温度退磁计算,基于不同温度下退磁曲线的材料属性,充分考虑温升退磁对电机电磁性能的影响,既可以 在Maxwell中单独使用,也可以结合Mechanical、Fluent双向耦合使用. 基于Matlab优化器的电机优化设计 Maxwell具有遗传算法、Matlab优化器等多种优化算法.采用Matlab优化器进行电机优化设计时,软件可自动调用 Matlab计算优化方案,并调用Maxwell进行仿真和成本函数的计算.成本函数计算结果再回传到Matlab计算下一步的优 化方向,例如:减小永磁体尺寸并保持或优化电机性能. 基于Matlab优化器的永磁体优化方案及效率映射对比图 永磁电机电感计算 在永磁电机的设计中,直轴电感和交轴电感是非常重要的参数,对电机控制有着极其重要的意义.通过Maxwell瞬态电磁 场仿真和定制化电机设计工具包,能够得到Ld、Lq随电流、控制角等的变化曲线和映射图,还能通过瞬态协同仿真,将 电机在运动过程中的电感变化用于高精度电机控制系统设计. 电机损耗计算 电机损耗,包括绕组铜耗、冲片铁耗、磁钢涡流损耗以及导体涡流损耗,对电机效率、散热和温升、永磁体性能等都有 着极大的影响,尤其是随着现代控制技术中载波频率的上升,铁耗、磁钢和导线里的涡流损耗上升很快,可能会导致电 机温升过高,可靠性降低.Maxwell可精确计算电机设计所关心的各种损耗. 电机铁心损耗计算及其对磁场的反馈影响 ANSYS?电机设计解决方案 基于Simplorer和SCADE的用户嵌入式C控制程序集成 DSO计算机制及加速曲线、HPC加速性能 电机控制系统设计和传导干扰分析(集成Q3D母排、IGBT、 电缆寄生参数,Maxwell电机协同仿真模型和Simulink协同仿真算法) 多物理域耦合设计 电机设计除了基本的电磁性能外,温升和结构也是必须要考虑的问题,因为温升关系到电机的性能、使用寿命和工作稳 定性,而结构则直接关系到电机的可靠性、经济性和振动噪声.基于Workbench仿真平台,Maxwell可结合Mechanical和Fluent,高效解决单/双向电磁、热、结构、流体多物理域耦合设计问题. 电机电磁、流体单/双向耦合热分析和散热系统设计 电机电磁、结构、噪声耦合分析 高精度电机控制系统设计 电机设计,不仅仅需要考虑电机本体的电磁、热、结构耦合设计,还需要考虑控制原理、算法、程序设计,以及电机本体 和控制器集成、系统优化设计问题.通过Maxwell和Simplorer的降阶模型和瞬态协同仿真接口,可无缝集成电机本体和控 制系统设计,并可无限扩展到EMI/EMC,全面精确地分析整个电机控制系统的性能. 高性能计算(HPC) HPC可在单一计算节点上实现共享内存式的多处理器并行求解,大幅度缩短Maxwell求解时间;

DSO可基于Maxwell静态、 瞬态和涡流场求解器,将对结构、材料、激励、控制参数的参数化扫描、优化或扫频方案,分布到联网的多个CPU或多 个计算节点上进行并行求解,最终在启动计算的主节点上显示完整的结果,大幅提升了参数化扫描和优化设计的速度.