ansys 電機發(fā)熱仿真的案例
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
圖61 A記權聲壓級
4.結論
本操作案例僅介紹了如何在ANSYS Workbench平臺上，通過Maxwell電磁模塊與Mechanical模塊進行電機的電磁結構噪聲仿真的操作流程，對電機實際結構進行仿真計算時需要充分考慮電機的結構特點。
文章來源：西莫電機論壇
今晚 | ANSYS官方永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真直播
性能優(yōu)異的電機是電機及其控制系統(tǒng)的基礎，比如：
采用新型原材料和先進的磁路設計方法設計出高功率密度的電機，電機占用的幾何空間就越小，電機的有效材料的利用率就越高；
電機的效率越高，則可減小電機本體的發(fā)熱，提高電機的壽命，提高整個電機機電系統(tǒng)的效率；
齒槽轉矩越小的電機，將減少電機控制算法設計的難度，同時減小最終整個機電系統(tǒng)的NVH。
在電機型號確定后，性能優(yōu)異的電機控制器將最大限度地發(fā)揮電機的效能。比如：
相對SPWM，采用SVPWM調制方法可以減小逆變器的開關損耗、提高母線電壓利用率；
采用單位電流最大轉矩控制方法（MTPA）,將在不增加逆變器容量的情況下，使電機輸出最大的轉矩。
ANSYS提供使用方便、高精度的電機本體及其控制系統(tǒng)開發(fā)仿真平臺。用戶先采用ANSYS有限元軟件，設計出性能優(yōu)異的電機本體，然后采用ANSYS特有的電機降階模型抽取方法，基于有限元精確仿真的結果，提取出高精度的電機ECE模型，無縫輸入到ANSYS系統(tǒng)仿真軟件，在系統(tǒng)仿真軟件中搭建矢量控制電路等控制電路，做到控制算法和系統(tǒng)與電機本體的最佳匹配，在開發(fā)初期就可以對電機本體和控制系統(tǒng)作出有效評估。
對于只設計電機控制系統(tǒng)的用戶，也可以向其電機供應商索取與實際電機對應高精度的電機ECE模型，進行控制算法的仿真和優(yōu)化。電機ECE模型只高精度體現(xiàn)電機外部特性，而不會泄露供應商實際的電機設計參數(shù)，在有效保護各方知識產權的同時，又促進了電機設計生產廠家和控制器設計生產廠家的高效合作。
主要內容綱要如下：
1. ANSYS電機本體及其控制系統(tǒng)仿真平臺介紹
2. ANSYS永磁同步電機電機的降階模型抽取方法
3.
展開 ANSYS永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真丨附招聘
ANSYS官方將特別推出一系列ANSYS網絡研討會，不僅包含ANSYS 2019 R3 新版本功能介紹，同時也包括最新的行業(yè)熱點解決方案，ANSYS將與各位深入探討行業(yè)熱點趨勢，諸如無人駕駛、PCB結構可靠性、天線設計、數(shù)字孿生等等。
在此系列網絡研討會結束后，ANSYS將官方抽取1名幸運者，TA將獲得華為最新發(fā)布的Mate 30 1臺！
本期研討會：《永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真》將于11月28日 20:00-21:00舉辦。
直播主題
永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真
日期/時間
2019年11月28日（周四）
20:00 – 21:00
課程受眾
永磁同步電機設計單位
電機控制器設計單位
新能源汽車研發(fā)部門
變頻器研發(fā)部門等行業(yè)人士
講師簡介
楊俐輝
ANSYS機電系統(tǒng)仿真軟件專家，對電機本體及其控制系統(tǒng)、開關電源、機電系統(tǒng)的電磁兼容有豐富的實際項目實施和仿真經驗。現(xiàn)任ANSYS中國機電產品線資深工程師，負責機電產品線的方案推廣和項目咨詢工作，對ANSYS機電產品及平臺方案等有全面的了解和經驗。
課程簡介
隨著新能源汽車行業(yè)、高性能工業(yè)伺服系統(tǒng)的發(fā)展，電機本體設計和其控制系統(tǒng)的關系日趨緊密。性能優(yōu)異的電機是電機及其控制系統(tǒng)的基礎，比如：
采用新型原材料和先進的磁路設計方法設計出高功率密度的電機，電機占用的幾何空間就越小，電機的有效材料的利用率就越高；
電機的效率越高，則可減小電機本體的發(fā)熱，提高電機的壽命，提高整個電機機電系統(tǒng)的效率；
齒槽轉矩越小的電機，將減少電機控制算法設計的難度，同時減小最終整個機電系統(tǒng)的NVH。
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys 電機NVH仿真分析流程介紹
『點擊觀看直播回放』
本次網絡研討會介紹如何利用Ansys 2020 R1，在有限元環(huán)境下，精確分析電機的振動噪聲：利用Maxwell2D/3D快速仿真電機在多轉速下定/轉子表面的頻域電磁力并無縫鏈接到Workbench平臺Harmonic Response模塊進行多轉速諧響應分析，得到電機的ERP Level Waterfall圖，用于分析電機在各轉速下的諧振情況；同時多轉速諧響應分析結果也可傳遞到Harmonic Acoustics模塊進行Sound Power Level Waterfall的分析，用于進一步對電機噪聲水平進行評估。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
近期發(fā)布的Ansys 2020 R1帶來全新升級的功能，首場新品發(fā)布已于2月25日成功舉辦。現(xiàn)在，隆重向大家推出Ansys行業(yè)應用大講堂“仿真體系建設驅動數(shù)字創(chuàng)新”系列在線研討會；5月，我們還將迎來兩大全新網絡研討會專題：芯片SI/PI與可靠性分析系列，以及Ansys 2020 R1針對SI/PI和EMC技術亮點及案例系列。我們非常有幸邀請到多位高級工程師為系列專題助陣，將陸續(xù)為大家?guī)矶鄠€熱門主題，歡迎積極報名參加并關注后續(xù)精彩內容！
▼▼▼2020 Ansys網絡研討會有獎反饋 - 可免費獲取本場錄播和講解資料，參與者均可獲得千元培訓券及技術鄰金幣獎勵！
展開 
基于ANSYS的水冷電機控制器散熱仿真分析
摘 要：
電機控制器中的主要散熱器件有電容和IGBT等,其散熱性能直接關系到電機的輸出。以控制器中的8個電容及3個IGBT為主要熱源,采用有限元分析的穩(wěn)態(tài)熱模塊及流體模塊,分別對其進行溫度仿真分析,分析對比在使用水冷散熱前后主要發(fā)熱器件的散熱狀態(tài),得出水冷散熱的仿真效果比常態(tài)下的溫度降低約27℃,為實際產品的設計生產提供支撐。
關鍵詞：控制器;水冷;熱仿真;
0 引言
隨著電子產品小型化的發(fā)展，控制器的尺寸隨著元器件的小型化逐漸減小，但元器件的熱功率密度越來越大，其運行時會產生大量的熱，為此研究主要元器件在狹窄結構空間的散熱，保證其不超過耐熱極限[1,2]。水的比熱容是空氣的4倍，選用水冷板對其進行散熱處理，可以提高散熱效率[3,4]。以5.5 k W控制器為例，對其主要發(fā)熱器件電容及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵極型晶體管）進行熱仿真分析。
1 控制器的前處理
1.1 控制器結構降階處理
對5.5 k W控制器進行3D建模，顯示控制器有1215個部件，控制器模型如圖1所示。若全部仿真會使模擬計算量和時間增加，一般需要進行模型降階處理[5]。
圖1 控制器模型
保留控制器的主要發(fā)熱器件為8個電容及3個IGBT，保留殼體及水冷板。將殼體外部的航空插頭、發(fā)熱不嚴重的電路板及控制器外殼的螺紋孔全部填補完整。將水冷板的殼體與水道使用布爾減的方法進行分離，防止后期網格劃分時，將殼體和水道劃為整體，導致網格劃分不合適，計算失敗。模型降階情況如圖2所示。
1.2 控制器網格設置
網格劃分的好壞直接關系到計算的結果和計算時間的長短，所以在進行網格劃分的時候，優(yōu)先選擇曲面狀的物體進行網格劃分，這樣在網格劃分的時候就可以保證曲面的完整性。
展開 Ansys空心杯電機仿真方案
空心杯電機本體仿真
定子繞組建模是空心杯電機仿真的關鍵
空心杯線圈UDP
-Maxwell內嵌的空心杯線圈CupCoil UDP能夠快速輕松的建立線圈的全參數(shù)化幾何模型
-后續(xù)可以簡單的對線圈的直邊長、節(jié)距等設計參數(shù)進行參數(shù)和優(yōu)化分析
空心杯電機繞組建模
-按如下參數(shù)生成空心杯電機的單個繞組
-沿Z軸復制生成六個繞組
生成空心杯電機完成模型
-外部輸入或直接在Maxwell內部建立電機定子、轉子、永磁體模型，裝配成完整的空心杯電機模型，并賦予相應的材料特性。
空心杯電機3D模型仿真
-外部輸入或直接在Maxwell內部建立電機定子、轉子、永磁體模型，裝配成完整的空心杯電機模型，并賦予相應的材料特性。
-把3D模型沿Z軸切割，可得如下空心杯2D模型，設置合適的模型深度和等效材料特性，并對繞組重新進行分相后，也可以仿真空心杯電機的特性，仿真速度遠快于3D模型。
空心杯電機等效電路模型提取
采用對有限元模型的定子電流和轉子位置進行遍歷的方式，基于高精度的有限元仿真提取出空心杯電機的精確等效電路模型，然后可在TwinBuilder中利用該等效電路模型搭建外部的控制電路和控制算法，從而既保證仿真精度，又保證仿真速度。
-把繞組的激勵類型設置為外部External，并設置繞組初始電流為0。
-插入一個Maxwell外電路激勵。
展開 【Ansys線上直播回看】Ansys 基于聯(lián)合仿真的電機聲品質解決方案
『點擊觀看直播回放』
電動傳動系統(tǒng)噪聲成作為新能源汽車內部的最大噪聲源一直備受關注，其中由于電機噪音與傳統(tǒng)內燃機噪音截然不同的聲音特征，也讓傳統(tǒng)的NVH分析工具在面對電機的聲品質問題時顯得力不能及。Ansys VRXPERIENCE Sound聯(lián)合多物理場仿真工具，協(xié)助用戶在電機及電動車從早期設計和驗證階段開始就能準確的評價和優(yōu)化電機的NVH特性，為其提供一個高效多維度的電機聲品質設計及驗證解決方案。
此次網絡直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
近期發(fā)布的Ansys 2020 R1帶來全新升級的功能，首場新品發(fā)布已于2月25日成功舉辦。現(xiàn)在，隆重向大家推出Ansys行業(yè)應用大講堂“仿真體系建設驅動數(shù)字創(chuàng)新”系列在線研討會；5月，我們還將迎來兩大全新網絡研討會專題：芯片SI/PI與可靠性分析系列，以及Ansys 2020 R1針對SI/PI和EMC技術亮點及案例系列。我們非常有幸邀請到多位高級工程師為系列專題助陣，將陸續(xù)為大家?guī)矶鄠€熱門主題，歡迎積極報名參加并關注后續(xù)精彩內容！
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展開 白皮書 | Ansys電機NVH仿真解決方案
Ansys NVH解決方案
針對NVH的Ansys多物理場分析包括四個部分。首先，通過電機的電磁仿真，確定與電機性能有關的徑向力、切向力和軸向力。然后，結構仿真將力耦合到電機外殼中。再次，生成輻射振動噪聲結果。最后，將聲學結果轉化成聲音文件還原。該多物理場方法，從總體上反映了電機的電磁、結構和聲學性能。為電機建立了完整的聲學模型后，電氣和機械工程師就可以修改設計，在滿足電磁性能要求的同時降低NVH。
該多物理場解決方案，包括了電機本體產生的電磁力、結構振動和諧響應以及輻射振動噪聲。解決方案整合了電磁、結構和聲學工程，助力工程師全面優(yōu)化電動汽車的NVH表現(xiàn)。
電機最重要的NVH現(xiàn)象是電磁力產生的嘯叫噪聲。使用Ansys Maxwell可計算出電機單個轉速和多個轉速下的電磁力，電磁力的計算結果可以傳遞到Ansys Mechanical，從而仿真電機模態(tài)和諧響應情況。這為空氣聲傳播和ERP的建模提供了途徑，并展示了結構因素在動力系統(tǒng)聲音中的作用。聲學仿真輸出的是噪聲的頻譜響應，可在Ansys VRXPERIENCE Sound中生成聲音的瀑布圖，通過分析和聆聽聲音來了解電機的聲學特征。
電機電磁噪聲仿真結合了電磁分析和機械分析兩者的分析結果。循序漸進的NVH分析步驟，可以提供準確的電磁激勵聲學噪聲，從聲學角度評估電機的總體性能。此外，工程師還可以通過添加寄生空氣噪聲和機械噪聲，開展綜合全面的聲學分析。這樣的多物理場解決方案，在整個研發(fā)電動傳動系統(tǒng)的過程中都能發(fā)揮重要作用。
Ansys Maxwell-優(yōu)化NVH的關鍵
Ansys Maxwell讓工程師能夠創(chuàng)建并測試各類電機的數(shù)字化原型。一般來說，電機的幾何結構十分復雜，但通過Ansys Maxwell進行電機設計卻很容易。
展開 基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析
圖61 A記權聲壓級
4.結論
本操作案例僅介紹了如何在ANSYS Workbench平臺上，通過Maxwell電磁模塊與Mechanical模塊進行電機的電磁結構噪聲仿真的操作流程，對電機實際結構進行仿真計算時需要充分考慮電機的結構特點。
以上文章來源于ANSYS，作者ANSYS中國
Ansys CFD在電機散熱仿真中的應用
【前言】10年前，作為CFD仿真技術支持工程師的時候，最驕傲的一件事就是做了一個全電機的散熱仿真咨詢項目，雖然很辛苦，但項目的鍛煉價值極高，讓我在后續(xù)多年工作中都受益無窮。
那個時候采用的是DM和ICEM交替來簡化電機模型，現(xiàn)在有了SCDM神器，模型處理效率大大提升。那個時候計算機硬件內存有限，網格劃分只能采用混合網格，用混合網格，模型又必須進行相應的等效和簡化，所以你除了要熟悉電機的工作原理，你還需要對電機組成結構的每一部分的功能和作用都了如指掌。而現(xiàn)在有了Ansys Fluent Meshing，網格劃分的效率大幅提升，針對Ansys CFD電機散熱仿真的關鍵技術包括：模型簡化、網格劃分、接地系數(shù)、絕緣處理、風扇罩處理、氣隙處理等等。
1
電機散熱仿真分析的必要性
電機是一種實現(xiàn)機電能量轉換的電磁裝置。從19世紀末期起，電動機就逐漸代替蒸汽機作為拖動生產機械的原動機。電機在運行時將產生各種損耗，這些損耗轉變成熱量，使電機各部件發(fā)熱，溫度升高。電機中的某些部件，特別是電機的絕緣，只能在一定的溫度限值內才能可靠工作。為維持電機的合理壽命，需要采取適當?shù)拇胧?em>電機中的熱量散發(fā)出去，使其在允許的溫度限值內運行。
展開 基于Ansys平臺的電機NVH仿真分析流程
電機NVH是指電機在運行過程中對外表現(xiàn)出的噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness），其主要包括三個來源，即電磁噪聲、機械噪聲和空氣動力噪聲，在這三類噪聲中，電磁噪聲的頻率相對來說處于高頻段，尤其是與驅動器開關頻率相關的電磁噪聲的頻率剛好處于人耳最敏感的噪聲頻率區(qū)間，其幅值基本上決定了電機NVH的整體指標，同時相較于其他兩類噪聲，電磁噪聲更容易通過電機電磁和機械結構的優(yōu)化設計進行有效的抑制，因此電機電磁振動噪聲是我們重點關注的對象。
由于電機NVH問題的相關理論復雜，同時涉及電磁/結構/聲學多學科，是典型的多物理場耦合問題，其仿真分析具有一定難度。4月21日，【Ansys 電機NVH仿真分析流程介紹】網絡研討會即將開播，將介紹如何利用Ansys 2020 R1，在有限元環(huán)境下，精確分析電機的振動噪聲：利用Maxwell2D/3D快速仿真電機在多轉速下定/轉子表面的頻域電磁力并無縫鏈接到Workbench平臺Harmonic Response模塊進行多轉速諧響應分析，得到電機的ERP Level Waterfall圖，用于分析電機在各轉速下的諧振情況；同時多轉速諧響應分析結果也可傳遞到Harmonic Acoustics模塊進行Sound Power Level Waterfall的分析，用于進一步對電機噪聲水平進行評估。歡迎報名參加！
點擊報名：
http://event.31huiyi.com/1844160010/index?c=jishulink
本文將以典型的8極48槽內置式永磁電機為例，詳細介紹在Ansys平臺下電機NVH仿真分析的流程，希望對各位工程師有所幫助。
展開 
來稿 | Ansys CFD在電機散熱仿真中的應用
【前言】10年前，作為CFD仿真技術支持工程師的時候，最驕傲的一件事就是做了一個全電機的散熱仿真咨詢項目，雖然很辛苦，但項目的鍛煉價值極高，讓我在后續(xù)多年工作中都受益無窮。
那個時候采用的是DM和ICEM交替來簡化電機模型，現(xiàn)在有了SCDM神器，模型處理效率大大提升。那個時候計算機硬件內存有限，網格劃分只能采用混合網格，用混合網格，模型又必須進行相應的等效和簡化，所以你除了要熟悉電機的工作原理，你還需要對電機組成結構的每一部分的功能和作用都了如指掌。而現(xiàn)在有了Ansys Fluent Meshing，網格劃分的效率大幅提升，針對Ansys CFD電機散熱仿真的關鍵技術包括：模型簡化、網格劃分、接地系數(shù)、絕緣處理、風扇罩處理、氣隙處理等等。
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電機散熱仿真分析的必要性
電機是一種實現(xiàn)機電能量轉換的電磁裝置。從19世紀末期起，電動機就逐漸代替蒸汽機作為拖動生產機械的原動機。電機在運行時將產生各種損耗，這些損耗轉變成熱量，使電機各部件發(fā)熱，溫度升高。電機中的某些部件，特別是電機的絕緣，只能在一定的溫度限值內才能可靠工作。為維持電機的合理壽命，需要采取適當?shù)拇胧?em>電機中的熱量散發(fā)出去，使其在允許的溫度限值內運行。
電機冷卻的目的就是根據不同類型電機選擇一種合理冷卻方式，保證在額定運行狀態(tài)下，電機各部分溫度不超過國家標準允許的限值。電機的冷卻方式，主要是指對電機散熱采用什么冷卻介質和相應的流動途徑。
展開 ANSYS全國電機設計仿真大賽優(yōu)秀作品展示
ANSYS全國電機設計仿真大賽由ANSYS中國組織，面向所有公司、工作室、團隊、個人及在校學生的一項電機設計仿真大賽。目的在于推動我國科研院所、電力電子類公司及高等院校的在電機設計領域的改革與創(chuàng)新，培養(yǎng)我國電力電子類人才實踐創(chuàng)新意識與基本能力，以仿真驅動產品研發(fā)，帶動我國電機行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。
此次大賽經過報名、培訓、審核、仿真設計以及評選，歷經6個月，讓ANSYS愛好者有機會親自試用ANSYS 16.0 最新版本各項新功能，所有參賽者免費享有ANSYS培訓。2015年4月，在收集的近百篇作品中，我們精挑細選出20篇， 評選出四組得獎者，其中包括多物理場、場路協(xié)同以及定制化方面的各項優(yōu)秀設計。這項大賽不僅展現(xiàn)了最為復雜的工程挑戰(zhàn)，也體現(xiàn)了仿真驅動產品研發(fā)所帶來的電機行業(yè)的創(chuàng)新和進步。
以下為獲獎作品展示和下載:http://www.ansys.com/zh-cn/other/zh-cn/em/2014competition#
展開 官方免費 | Ansys 電機NVH仿真分析流程介紹
培訓內容
電機NVH是指電機在運行過程中對外表現(xiàn)出的噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness），主要包括三個來源，即電磁噪聲、機械噪聲和空氣動力噪聲，通常在這三類噪聲中電磁振動噪聲的比重較大，是我們重點關注的對象。電機NVH分析是典型的多物理場耦合問題，傳統(tǒng)的分析理論建立在解析模型的基礎上，基于此編寫的分析軟件雖然計算速度很快，但是精度較差，尤其是對于新結構電機來說更是如此。
本次網絡研討會將介紹如何利用Ansys 2020 R1，在有限元環(huán)境下，精確分析電機的振動噪聲：利用Maxwell2D/3D快速仿真電機在多轉速下定/轉子表面的頻域電磁力并無縫鏈接到Workbench平臺Harmonic Response模塊進行多轉速諧響應分析，得到電機的ERP Level Waterfall圖，用于分析電機在各轉速下的諧振情況；同時多轉速諧響應分析結果也可傳遞到Harmonic Acoustics模塊進行Sound Power Level Waterfall的分析，用于進一步對電機噪聲水平進行評估。
課程對象
電機設計工程師，電機NVH仿真工程師
培訓時間
4月21日16:00—17:00
主講講師簡介
王楊
Ansys低頻電磁技術工程師。2013年畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學電機與電器專業(yè)，后長期從事電機研發(fā)、設計等工作。2019年加入Ansys中國，負責Ansys低頻電磁仿真軟件在機電領域的技術支持、項目咨詢、培訓等工作，對Ansys低頻電磁產品有深入了解，擁有豐富的電機設計工程經驗。
費用：免費
點擊圖片或點擊報名鏈接報名http://event.31huiyi.com/1844160010/index?c=jishulink
展開 案例 | Ansys Motion 新能源車電機動力NVH 仿真方案
是衡量汽車電機制造質量的一個綜合性問題，它給汽車用戶的感受是最直接的。車輛的NVH問題是國際汽車業(yè)各大整車制造和零部件關注的問題之一。統(tǒng)計資料顯示，整車約有1/3的故障問題是和NVH有關系，而更有近20%的研發(fā)費用消耗是在解決車輛的NVH問題。
涉及多物理領域的問題，我們可通過ANSYS多物理場解決方案進行；包含電磁力分析(ANSYS Maxwell)、多體動力結構分析(ANSYS Motion)、聲學分析(ANSYS Mechanical/VRxperience Sound)等來實現(xiàn)。
電機NVH設計技術挑戰(zhàn)包含：
電機噪聲形成基理的多樣性
噪聲傳播路徑的復雜性
- 本體聲音輻射
- 系統(tǒng)結構傳導
小型化、大轉矩、低噪聲的設計矛盾
仿真精度的更高要求/制造質量的不均勻性
ANSYS NVH仿真關鍵技術：
集成式解決方案 [真正多物理場耦合仿真、跨學科優(yōu)化平臺]
- 電磁、震動、聲學、優(yōu)化
- 多學科模型間數(shù)據無縫傳遞
- 基于降級模型ROM的高速優(yōu)化
行業(yè)頂尖求解工具 [精確且穩(wěn)健的電磁、結構、聲學求解器]
行業(yè)頂尖結構動力學工具 [ANSYS Motion]
2
Maxwell電磁激勵
Maxwell 將計算得到的電磁激勵力保存成 UNV文件，可導入到ANSYS Motion中對應的電機模型。
展開 ansys 電機發(fā)熱仿真的相關專題、標簽、搜索
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