ansys 電機熱分析的案例
Simcenter Amesim電機仿真：電機熱分析應用
端蓋內部空間的換熱對溫升會產生重要影響，因此不可忽略。端蓋內部空間和電機的旋轉以及固定部件都有熱交換，尤其是端部繞組。對于轉子端面而言，空氣與轉子的相對速度以半徑1/2處的對應速度為基準進行計算；對于定子端面而言，由于空氣會被轉子帶動，這里以轉子外緣處的空氣流速為基準，進行適當修正后用于計算。修正系數的取值取決于轉子端面的外形，如有無溝槽等，以及端部繞組的幾何設計。因此如果需要得到精確的修正系數，推薦采用CFD軟件對特定端部外形進行詳細分析。
圖4 端部對流換熱模型
該電機的冷卻回路由殼體內的三條冷卻水道構成，因此殼體的在熱模型上以冷卻水道為界被劃分為內部殼體和外部殼體。內部殼體與定子軛存在熱交換，外部殼體與空氣存在熱交換，同時兩者都與端蓋存在熱交換。結構上，三條水道為串聯關系，因此在建立熱模型時將它們用一個換熱模塊表示，該模塊參數包含了三條水道的總長度。
圖5 電機水道實物圖（左）及其模型（右）
3. 仿真計算
通過建立電機的等效熱路模型，根據使用工況可以計算出所有關鍵部位（18個熱節點）的溫度變化過程。從而幫助設計人員掌握關鍵部位可能出現的溫度極值，進而一方面為確定使用過程中的最大許用邊界提供參考依據，另一方面為電機的設計改進提供參考基準。
圖6 電機各部位的溫度變換過程
圖7 電機各部位的溫度極值
在Simcenter Amesim中的控件面板上，設計人員可以對照熱路原理圖查看任何時刻電機內部的溫度分布情況，如下圖所示。
展開 Ansys電機熱設計解決方案
控制器熱仿真設計
熱-電子設備運行的關鍵問題
-子器件的故障與其工作溫度有密切關系
-溫度最為敏感的：量使用的半導體器件和微電路，故障率隨溫度的增加而指數地上升
電子設備內關鍵器件的熱模擬
溫度云圖
Ansys電機散熱、通風模擬產品方案
ICEPAK專業的電子散熱仿真工具
芯片級、封裝級、板級、系統級全尺度電子散熱仿真
-基于”Object”建模，用戶可以快速建立常見的電子器件模型
-可以導入各種格式的ECAD和MCAD數據格式：STEP， IGES，ProE，UG等（借助于
DesignModeler）；MCM，IDF，BRD，Gerber，ANF，ODB++
-自動化快速網格劃分技術：六面體網格；貼體混合網格
-健壯、快速的求解器技術：基于FLUENT
-物理模型豐富：層流、湍流、自然對流、強制對流、輻射、太陽輻射、旋轉部件、濕度、污染物擴散
結論
-流體仿真技術可以應用在電機本體、散熱系統、控制器等設備的流動、熱的相關設計
中
-流體仿真技術可以提供工程上可信的結果
-ANSYS提供了完善的產品方案來解決電機本體、散熱系統、控制器中的流動、熱問題
-ANSYS的產品方案可以將電磁、流動、熱等多物理場統一在一個框架下解決
深圳市優飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產品開發平臺解決方案與物聯網技術開發的國家級高新技術企業。
展開 電機振動噪聲建模分析：ANSYS電機振動噪聲分析
對于電機來說，這些力可能是驅動轉子軸的磁力，也可能是更大的驅動系統的一部分，比如軸承和/或齒輪。
圖1 汽車NVH示意圖
噪聲是電機的一個熱門話題，而諸如重量和成本降低等競爭性需求會帶來工程挑戰，如果不加以解決，可能會影響客戶滿意度和產品接受度，使用ANSYS工具將為如何全面解決電機噪聲提供工程指導。
1. 問題分析
本例以永磁同步電機模型為例。在Maxwell 2D中，利用該電機的1/8模型，計算定子內表面徑向和切向磁拉力；然后在ANSYS Mechanical中進行該電機三維定子的諧響應分析；最后在ANSYS Harmonic Acoustic中進行三維聲場分析。在Workbench中，Maxwell中計算的定子內表面徑向和切向磁拉時域力密度分布，作為激勵源，耦合到Mechanical 中進行頻域的諧響應分析；諧響應分析的結果，作為激勵耦合到ANSYS Harmonic Acoustic 中，作為噪聲分析的激勵。
幾何模型
圖2 模型示意圖
材料參數
，仿真過程中使用的材料為默認的結構鋼
2. 電磁力計算
圖3 1/8電機模型
分析模型為 Prius 電機的二維分析模型，建立Maxwell 2D分析流程。
打開【Workbench】->【Toolbox】->【Analysis Systems】，添加一個Maxwell 2D分析系統。
圖4 Maxwell 2D分析流程圖
導入模型以后，為了精確分析定子齒部的徑向電磁力，并將力密度的分布耦合到后續的諧響應分析中。
需要將定子齒部“分割”出來，并施加更細密的網格剖分。
展開 新能源電動汽車水冷電機散熱理論熱設計與熱仿真管理分析
南京青松熱設計工作室精彩視頻教程：
電子產品散熱理論設計視頻培訓課程：
專業熱設計人必學必會182講---電子產品散熱設計理論視頻課程（國內首套有關散熱理論設計的系統培訓課程）
ANSYS ICEPAK 視頻培訓課程：
我所理解的熱仿真---ANSYS ICEPAK電子散熱仿真全套原創視頻教程
水冷電機散熱理論設計與仿真視頻培訓課程：
新能源電動汽車水冷電機散熱理論熱設計與ANSYS ICEPAK熱仿真
大功率開關電源仿真視頻培訓課程：
電解電容的發熱損耗計算與分析
更多有關熱設計與熱仿真課程，請加微信咨詢！
添加好友時請注明（姓名-公司-職位）
有關ANSYS ICEPAK與熱設計相關學習交流可加入我們ICEPAK散熱設計學習交流-2群（1群已滿），群號：
79973675，或加入我們的微信群。
展開 
高功率密度電機的熱仿真分析
電機是由定轉子、機殼、端蓋等組成的復雜機械裝配體，考慮到機械尺寸較小的零部件對電機溫度影響較小，在進行熱仿真分析時對其進行簡化與忽略，以提高仿真分析的效率。本仿真對電機仿真模型進行了簡化處理：忽略螺釘、墊片等零件；忽略倒角、退刀槽等；忽略輻射的影響；對定子繞組與沖片進行了等效處理，將其等效為均質材料。
通過電機電磁計算，該型號高空飛行器驅動電機在額定功率運行時發熱量為1 600 W，為簡化模型，本仿真直接將定子齒設定為發熱源，并定義發熱量為1 600 W，對電機進行熱仿真分析。
2 三維熱場仿真
針對高空環境下電機周圍實際的氣壓、溫度、風速等環境因素，項目組聯合北京航空航天大學特種電機研究中心進行電機實際運行環境的仿真分析，根據對方給出數據，項目組選擇6組相對有代表性的環境因素對該電機進行熱分析計算，6種環境工況如表1所示。
表1 電機熱仿真六種工況
通過軟件對電機模型進行簡化、分解等系列處理，著重分析電機定子鐵心、前端蓋、以及后端蓋溫度，得出計算結果如下。
1)電機在地面運行時的分析結果
對不帶散熱器的電機與帶散熱器的電機2種情況進行熱仿真分析。對幾組不同散熱筋尺寸的電機進行仿真，結合電機質量與體積的要求，確定散熱筋的尺寸結構。
(a) 不帶散熱器的電機仿真結果
不帶散熱器的電機仿真結果如圖2所示。
圖2 不帶散熱器的電機溫度分布曲線與云圖
(b) 帶散熱器的電機仿真結果
由圖2熱仿真結果可以看出，不帶散熱器的電機散熱效果差，定子溫度達到了200 ℃以上。電機設計時磁鋼、漆包線、絕緣材料等均按最高運行在150 ℃設計，該電機無法滿足散熱要求，因此需要通過熱仿真設計一款合理的散熱器。
展開 電機振動噪聲建模分析:基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析
電動機與發電機等電力設備的噪聲起因很多，有電磁振動噪聲、機械噪聲及流致噪聲等等，本文通過ANSYS公司的官方案例為操作背景，詳細介紹如何將作用在定子上的瞬態電磁力作為結構諧響應分析的載荷計算振動噪聲。
1.電磁模型建立與分析
如圖1所示為一個電機模型，電機的額定輸出功率為550W，額定電壓為220V，極對數為4，定子齒數為24個，轉子的轉速為1500rpm，求電磁振動產生的噪聲大小。
本算例使用的模塊如下：
RMxprt模塊：建立電機類型；
Maxwell模塊：2D瞬態電磁場計算；
Structural 模塊：3D諧響應分析計算；
Acoustics ACT模塊：噪聲計算
注：Acoustics ACT模塊需要單獨安裝，請用戶到官方網站上自行下載。
圖1 電機模型
電機的電路模型如圖2所示。
圖2 電機電路模型
1）啟動Workbench。在Windows XP下單擊“開始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench15命令，即可進入Workbench主界面。
2）保存工程文檔。進入Workbench后，單擊工具欄中的按鈕，將文件保存為“zhendongzaosheng.wbpj”，單擊Getting Started窗口右上角的（關閉）按鈕將其關閉。
3）雙擊Toolbox→Analysis System→RMxprt模塊建立項目A，如圖3所示。
4）雙擊項目A中的A1欄進如RMxprt電機設置平臺，如圖4所示。
圖3 RMxprt模塊 圖4 RMxprt平臺
5）依次選擇菜單RMxprt→Machine Type，在彈出的電機類型選擇對話框中單擊Generic Rotating Machine選項，單擊OK按鈕，如圖5所示。
展開 高功率密度電機的熱仿真分析
電機是由定轉子、機殼、端蓋等組成的復雜機械裝配體，考慮到機械尺寸較小的零部件對電機溫度影響較小，在進行熱仿真分析時對其進行簡化與忽略，以提高仿真分析的效率。本仿真對電機仿真模型進行了簡化處理：忽略螺釘、墊片等零件；忽略倒角、退刀槽等；忽略輻射的影響；對定子繞組與沖片進行了等效處理，將其等效為均質材料。
通過電機電磁計算，該型號高空飛行器驅動電機在額定功率運行時發熱量為1 600 W，為簡化模型，本仿真直接將定子齒設定為發熱源，并定義發熱量為1 600 W，對電機進行熱仿真分析。
2 三維熱場仿真
針對高空環境下電機周圍實際的氣壓、溫度、風速等環境因素，項目組聯合北京航空航天大學特種電機研究中心進行電機實際運行環境的仿真分析，根據對方給出數據，項目組選擇6組相對有代表性的環境因素對該電機進行熱分析計算，6種環境工況如表1所示。
表1 電機熱仿真六種工況
通過軟件對電機模型進行簡化、分解等系列處理，著重分析電機定子鐵心、前端蓋、以及后端蓋溫度，得出計算結果如下。
1)電機在地面運行時的分析結果
對不帶散熱器的電機與帶散熱器的電機2種情況進行熱仿真分析。對幾組不同散熱筋尺寸的電機進行仿真，結合電機質量與體積的要求，確定散熱筋的尺寸結構。
(a) 不帶散熱器的電機仿真結果
不帶散熱器的電機仿真結果如圖2所示。
圖2 不帶散熱器的電機溫度分布曲線與云圖
(b) 帶散熱器的電機仿真結果
由圖2熱仿真結果可以看出，不帶散熱器的電機散熱效果差，定子溫度達到了200 ℃以上。電機設計時磁鋼、漆包線、絕緣材料等均按最高運行在150 ℃設計，該電機無法滿足散熱要求，因此需要通過熱仿真設計一款合理的散熱器。
展開 【AICFD案例教程】電機換熱分析
一、概 要
1）案例描述
本案例針對的是某類電機，該電機由發熱體，流體管路，流體管路蓋板組成，分析該電機在入口質量流量為0.139kg/s時進行換熱的數值模擬。具體結果可查看后處理云圖。
2）網格
整體網格為四面體網格單元為主的非結構網格，網格數量380萬。
圖1-1 網格模型
3）計算條件
入口邊界：質量流量0.139kg/s；溫度：65℃；
出口邊界：
靜壓0Pa；
湍流模型：
Standard k-epsilon；
介質：
流體LLC_65deg。
展開 高功率密度電機的熱仿真分析
電機是由定轉子、機殼、端蓋等組成的復雜機械裝配體，考慮到機械尺寸較小的零部件對電機溫度影響較小，在進行熱仿真分析時對其進行簡化與忽略，以提高仿真分析的效率。本仿真對電機仿真模型進行了簡化處理：忽略螺釘、墊片等零件；忽略倒角、退刀槽等；忽略輻射的影響；對定子繞組與沖片進行了等效處理，將其等效為均質材料。
通過電機電磁計算，該型號高空飛行器驅動電機在額定功率運行時發熱量為1 600 W，為簡化模型，本仿真直接將定子齒設定為發熱源，并定義發熱量為1 600 W，對電機進行熱仿真分析。
2 三維熱場仿真
針對高空環境下電機周圍實際的氣壓、溫度、風速等環境因素，項目組聯合北京航空航天大學特種電機研究中心進行電機實際運行環境的仿真分析，根據對方給出數據，項目組選擇6組相對有代表性的環境因素對該電機進行熱分析計算，6種環境工況如表1所示。
表1 電機熱仿真六種工況
通過軟件對電機模型進行簡化、分解等系列處理，著重分析電機定子鐵心、前端蓋、以及后端蓋溫度，得出計算結果如下。
1)電機在地面運行時的分析結果
對不帶散熱器的電機與帶散熱器的電機2種情況進行熱仿真分析。對幾組不同散熱筋尺寸的電機進行仿真，結合電機質量與體積的要求，確定散熱筋的尺寸結構。
(a) 不帶散熱器的電機仿真結果
不帶散熱器的電機仿真結果如圖2所示。
圖2 不帶散熱器的電機溫度分布曲線與云圖
(b) 帶散熱器的電機仿真結果
由圖2熱仿真結果可以看出，不帶散熱器的電機散熱效果差，定子溫度達到了200 ℃以上。電機設計時磁鋼、漆包線、絕緣材料等均按最高運行在150 ℃設計，該電機無法滿足散熱要求，因此需要通過熱仿真設計一款合理的散熱器。
展開 ANSYS APDL熱分析--換熱器熱膨脹分析(附命令流)
1.項目背景
蒸汽發生器排污熱交換器充分利用余熱、完成熱量轉換的試驗裝置，求結構完整性有著至關重要的意義，而高溫下軸向的熱膨脹是導致結構失效的主要原因之一，因而計算器熱膨脹量至關重要。
2.項目目的
利用ANSYS軟件，建立蒸汽發生器排污換熱器梁單元三維模型，對其在設計溫度下的熱膨脹量進行計算，為后續驗證換熱器裝置的結構完整性提供依據。
3.理論計算
熱膨脹量理論計算公式：
?L=α??T?L
其中：α為熱膨脹系數，△T為溫差，L為管道計算長度
在本實例中，溫差△T：管側為310℃；殼側為268℃
α：12e-6 mm/mm·℃；
L：管側為1500mm；殼側為800mm
計算得軸向熱膨脹量：
?L=310?12e-6?1500+268?12e-6?800=8.153mm
4.計算輸入
熱膨脹分析時，僅需要加溫度載荷，同時將框架底部固定約束即可。
展開 永磁電機電磁（Maxwell）、熱（Fluent）耦合分析流
永磁電機電磁（Maxwell）、熱（Fluent）耦合分析流
電機殼體冷卻結構設計及熱仿真分析
電機散熱邊界條件為：冷卻介質流量8L/min，電機入水口水溫70℃，電機初始溫度和環境溫度均為70℃，外部對流換熱系數為8W/(m2·K)。在此條件下，對額定工況點26.7kW@10000RPM@26N.m和峰值工況點55kW@3600RPM@147N.m@30S的電機散熱情況進行熱仿真分析。
額定工況下熱仿真分析
在額定工況點26.7kW@10000RPM@26N.m下，對永磁同步電機裸銅線、定子鐵芯、轉子鐵芯和機殼四個關鍵結構件的溫度場進行分析，其結果如圖3所示。分析發現，電機裸銅線、定子鐵芯、轉子鐵芯和機殼四個關鍵結構部分中，電機裸銅線溫度最高，其最高溫度為138.2℃，所處位置為電機繞組端部。
展開 ansys18.2焊接過程分析瞬態熱分析熱應力分析 ￥8.88
ansys18.2焊接過程分析
移動熱源通過插件實現
增程式電機控制器高效熱分析與研究
但是，增程式電機直接與發動機曲軸集成連接，發動機本身產生的高溫也會傳遞給電機系統，使其工作環境非常惡劣，嚴重時甚至導致電機控制器溫升過高損壞或者故障，因此開發增程式電機系統的關鍵便是有效的熱管理設計。
本文正是針對一款增程式電機控制器的散熱需求，設計了增程式電機控制器及其高效的雙面水冷散熱器，并介紹了該增程控制器整體結構和其散熱器冷卻結構。
為了進一步研究其散熱器冷卻效果，分別對該增程式電機控制器的功率模塊和薄膜電容進行了熱仿真研究和臺架溫升測試，通過對比分析可知，本文的增程式電機控制器散熱器冷卻結構具有良好的散熱效果，能夠滿足在發動機周圍長時間工作的需求，對于同類型增程式控制器的結構設計具有一定的參考價值和借鑒意義。
1總體設計
1.1控制器結構設計
圖1(a)為本文設計的增程式二合一發電機系統結構，電機控制器位于電機右上方，電機由定子和轉子組成，電機機殼法蘭面與發動機外殼法蘭安裝面連接固定，電機轉子通過轉子輪轂與發動機曲軸法蘭盤連接，實現整個增程式電驅動系統與發動機的集成。
圖1(b)為本文設計的增程式電機控制器。增程式電機控制器采用平板式IGBT模塊(GD400HTX75P7S)，薄膜電容規格設計為500V/250μF(C362H257N0026A8)，其中，薄膜電容固定在箱體底部，散熱器位于薄膜電容上方，與箱體內部進出水口相連接。
功率IGBT模塊通過螺栓安裝在散熱器上表面，磁環濾波組件、三相輸出組件分別安裝箱體底部的兩端，并且磁環濾波組件與薄膜電容輸入銅排電氣連接，三相輸出組件通過轉接銅排與功率IGBT模塊的輸出端子電氣連接。
展開 Moldex3D模流分析之建準電機應用Moldex3D優化熱流道設計
大綱
建準電機導入Moldex3D進階熱流道模塊，深入探討熱流道內的溫度變化，了解熱流道內部會影響成型效率的環節，并針對熱流道進行改良優化。
現有標準熱流道呈現溫度不足趨勢，塑料過冷形成流動阻力，影響射出行為而造成不穩定之情況。之后針對溫度較低問題進行流道尺寸改良與變更線圈設計，改善熱流道內的冷料現象，最終提升產品生產穩定性及效益。
挑戰
1、系統壓力損失過大問題
2、提升生產效益
解決方案
原設計在充填初期時，料溫在熱澆道內已經呈現偏低趨勢。料溫較低的塑料經過閥澆口時，會影響射出甚至有阻塞風險。優化設計后的熱流道，改變流道尺寸及線圈設計，經實際驗證，射出穩定性高且損失壓力低，證明經設計變更后能有效改善熱流道溫度下降問題，并使穩定性提升，整體的成型效益提高。
效益
1、改善系統壓力損失過大問題
2、找出冷料位置，配合設計變更進行優化
3、 減少實際加工、測試成本
4、最小設計變更下達到最佳效果
5、提升射出穩定性
案例研究
在本案中，建準電機在上機試模時經由機臺回饋曲線，發現有射出壓力過高且不穩定的情況，導致每次射出壓力變化大。建準電機依據廠商提供數據進行Moldex3D進階熱流道分析，希望經由分析能找出熱流道問題點，并進一步優化。
經由塑料流動波前溫度分析發現，熱澆道系統在部分區域波前溫度偏低，溫度場呈現異常情況(時間：EOF)。如圖一所示，熱流道內部箭頭標示位置，呈現塑料流動波前溫度過低趨勢(圖一a)，而熱流道外部也有相同趨勢(圖一b)。
圖一 塑料流動波前溫度分析：(a)熱流道內部；(b)熱流道外部(時間：EOF)
發現熱流道局部低溫的現象與位置后，為了進一步了解此現象的原因，建準電機接著分析填充各階段溫度變化，結果如圖二所示。
展開 