行業應用方案 | 基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化

隨著產業不斷發展,各行業對電機性能指標提出越來越高的要求,例如效率高、轉速范圍寬、體積小、重量輕、功率密度大、噪聲低、成本低等。這要求電機設計必須兼顧電磁性能、溫升性能以及機械設計等方面的多物理場性能,同時還要考慮電機的成本、研發周期等因素,如何在最短的時間內將一款高性能、低成本的電機產品推向市場是目前各大電機廠商面對的難題。

現代電機設計是一個典型的多學科、強耦合、多變量、非線性的問題,在其中多學科分析和優化設計扮演了非常重要的角色。電機設計工作的特點要求設計工具需要具有以下幾方面特征:

  1. 兼顧磁路法的理論深度和有限元法的高精度,提供專業的前、后處理功能

  2. 電磁和熱的耦合分析必須快速高效以滿足產品研發周期的需求

  3. 電機機械強度的分析需要在電磁設計階段同時進行,以減少設計迭代

將同時具有以上特征的設計工具與優化工具相結合,工程師便可以兼顧電磁、熱、機械性能,在電機設計初期獲得較好的設計方案,為后面的精確分析與優化奠定基礎。

Ansys解決方案

Ansys Motor-CAD 集成了電磁場有限元法、磁路法、熱路法、結構有限元法,20 年積累的豐富電磁熱計算經驗數據,有效提升了不同種類、不同冷卻型式電機電磁與熱計算的效率。借助Motor-CAD與optiSLang,電機工程師可以在概念設計階段快速評估設計參數對電磁、熱、機械強度的綜合影響,在最短時間內給出電機最佳初始設計方案,另外借助Motor-CAD與Maxwell、Twin Builder之間的軟件接口,工程師可進一步對初始設計方案進行電磁場高精度分析、系統級場路協同仿真分析。

01、基于模板的電機快速設計

Motor-CAD可應用于各種類型的永磁、磁阻、感應電機的快速電磁、熱綜合設計,包括:

  • 永磁同步電機

  • 無刷直流電機

  • 單/三相感應電機

  • 同步磁阻電機

  • 開關磁阻電機

  • 電勵磁同步發電機

  • 永磁直流電機

  • 爪極電機

  • 直流有刷電機

02、電機全運行范圍性能快速計算

Motor-CAD Lab 使工程師可以快速地創建效率map圖,繪制扭矩/速度特性,研究連續和峰值熱約束運行包絡,并分析驅動周期循環性能。

  • 效率和損耗map圖

  • 峰值轉矩/轉速曲線

  • 連續轉矩/轉速曲線

  • 開路和短路試驗

  • DQ 電感曲線計算

  • 多工況銅損、鐵損、永磁體渦流損耗計算

03、電機多學科多目標優化設計

利用Motor-CAD與optiSLang之間的接口可以方便的實現電機多學科、多工況、多目標優化設計。

  • 電機效率與成本優化

  • 電機連續轉矩密度/功率密度優化

  • 電機散熱結構優化

  • 電機轉子減重與結構強度優化

  • 電機轉矩脈動與齒槽轉矩優化

  • 電機峰值扭矩/峰值功率優化

基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化

Ansys Motor-CAD是目前全球范圍內唯一包含電磁、熱、機械的專業電機多學科設計工具,它同時兼顧了計算速度與精度,可在最短時間內完成電機初始方案設計,結合強大的Ansys optiSLang優化工具,使得電機工程師在設計初期對電磁、熱、機械性能進行快速綜合優化的夢想成為可能。

  • Motor-CAD結合了磁路法與電磁場有限元法,兼顧了理論深度與計算精度,豐富的結果后處理幫助用戶深入、全面的分析和理解電機各種電磁性能參數

  • Motor-CAD集成的熱分析模塊實現了電機電磁-熱雙向快速耦合分析,其內置20 年積累的豐富電磁熱計算經驗數據為計算精度提供了有力保證

  • Motor-CAD與optiSLang之間可以借助于集成的向導插件或Python腳本進行耦合,實現電機多學科、多工況、多目標快速綜合優化

Motor-CAD內置的分析模塊提供快速和足夠高精度的算法,幫助用戶減少電機概念設計,初始設計和詳細設計之間多余的往復迭代,加快電機產品研發周期;其內置的各種類型的全參數化電機設計模板、電機設計專家經驗數據、豐富專業的前、后處理功能,即使是擁有電機基本專業知識的普通工程師也可快速、高效、合理地設計高性能電機。

典型應用案例


行業應用方案 | 基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化的圖1

永磁電機電磁設計

行業應用方案 | 基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化的圖2

電機瞬態熱分析

行業應用方案 | 基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化的圖3

電機穩態熱分析

行業應用方案 | 基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化的圖4

電機效率map圖與路況分析

行業應用方案 | 基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化的圖5

永磁電機飽和模型提取

行業應用方案 | 基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化的圖6

電機最大\連續運行外特性計算

行業應用方案 | 基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化的圖7

永磁電機循環工況熱分析

行業應用方案 | 基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化的圖8

IPM電機多目標優化

行業應用方案 | 基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化的圖9

IPM電機轉子強度校核

行業應用方案 | 基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化的圖10

永磁電機時空二維電磁力分析

來源于:Ansys

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