ansys電機散熱分析的案例
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(chǎn)品的設計生產(chǎn)提供支撐。
關鍵詞：控制器;水冷;熱仿真;
0 引言
隨著電子產(chǎn)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(chǎn)生大量的熱，為此研究主要元器件在狹窄結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(wǎng)格劃分時，將殼體和水道劃為整體，導致網(wǎng)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(wǎng)格設置
網(wǎng)格劃分的好壞直接關系到計算的結(jié)果和計算時間的長短，所以在進行網(wǎng)格劃分的時候，優(yōu)先選擇曲面狀的物體進行網(wǎng)格劃分，這樣在網(wǎng)格劃分的時候就可以保證曲面的完整性。
展開 Ansys CFD在電機散熱仿真中的應用
電機冷卻的目的就是根據(jù)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(zhì)和相應的流動途徑。改進電機的冷卻技術，對提高電機的利用系數(shù)和效率及增加可靠性和壽命，特別對提高大型電機的單機容量，都具有重要意義。
為了找到最佳電機冷卻方式，需要對電機在工作過程中的核心流動問題進行CFD仿真分析。通常電機CFD仿真分析的核心即是電機散熱系統(tǒng)分析，涉及通風系統(tǒng)、通風部件、換熱部件的設計優(yōu)化以及電機核心部件溫升（起動時及額定工況）等問題。
展開 來稿 | Ansys CFD在電機散熱仿真中的應用
改進電機的冷卻技術，對提高電機的利用系數(shù)和效率及增加可靠性和壽命，特別對提高大型電機的單機容量，都具有重要意義。
為了找到最佳電機冷卻方式，需要對電機在工作過程中的核心流動問題進行CFD仿真分析。通常電機CFD仿真分析的核心即是電機散熱系統(tǒng)分析，涉及通風系統(tǒng)、通風部件、換熱部件的設計優(yōu)化以及電機核心部件溫升（起動時及額定工況）等問題。
基于不同冷卻方式的電機散熱分析
在近期打算錄風冷，水冷，油冷電機的散熱視頻，大家有興趣看嗎??
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(qū)動轉(zhuǎn)子軸的磁力，也可能是更大的驅(qū)動系統(tǒng)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(zhàn)，如果不加以解決，可能會影響客戶滿意度和產(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(jié)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(shù)
，仿真過程中使用的材料為默認的結(jié)構(gòu)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【W(wǎng)orkbench】->【Toolbox】->【Analysis Systems】，添加一個Maxwell 2D分析系統(tǒng)。
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(xù)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(wǎng)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(chǎn)品散熱理論設計視頻培訓課程：
專業(yè)熱設計人必學必會182講---電子產(chǎn)品散熱設計理論視頻課程（國內(nèi)首套有關散熱理論設計的系統(tǒng)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(chuàng)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(fā)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 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(fā)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(tài)電磁力作為結(jié)構(gòu)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(shù)為4，定子齒數(shù)為24個，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為1500rpm，求電磁振動產(chǎn)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(tài)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(wǎng)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 ANSYS workbench 芯片穩(wěn)態(tài)散熱分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習芯片的三維模型處理
2、學習芯片穩(wěn)態(tài)散熱分析步的建立
3、學習芯片穩(wěn)態(tài)散熱分析的載荷施加
4、學習芯片穩(wěn)態(tài)散熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 芯片穩(wěn)態(tài)散熱分析分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
ANSYS燈具散熱殼穩(wěn)態(tài)熱分析-主分析文件
燈殼散熱，參數(shù)10顆燈珠，每顆燈珠設定50W完全用于發(fā)熱。
選用AL材料，對流系數(shù)是曲線值。在200℃及以上的熱導率是170W/m^2*K。
環(huán)境一：
設定環(huán)境溫度40℃，自然對流系數(shù)25W/m^2*℃。自然散熱面是去掉內(nèi)側(cè)面的所有外側(cè)面。
發(fā)熱量在10個小燈珠區(qū)域，總計設為500W。熱對流只設置在外表面。對流系數(shù)25W/m^2*℃。
劃分網(wǎng)格，求解最高溫度。
初始溫度Initial temperature溫度設為22℃或者40℃結(jié)果最高溫度是130℃。
按照氣體強制對流設置參數(shù)80W/m^2*℃，結(jié)果最高溫度在75℃。
強制對流，發(fā)熱功率20W，最高溫度54℃。
自然對流，發(fā)熱功率20W，最高溫度76℃。
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
結(jié)構(gòu)二：
散熱貼緊面厚度從1.5mm增長到3慢慢厚，得出的計算結(jié)果。
最高溫度143℃（溫度增長13℃）。
設置氣體強制對流系數(shù)80W/m^2*℃，最高溫度為85℃。
展開 Ansys Icepak/AEDT的散熱分析優(yōu)化專題培訓
【培訓講師】 上海安世匯智流體技術專家
【培訓時間】 2023年9月6日-9月8日
【培訓費用】 4500元/人
【培訓等級】 中 級
【培訓地點】 上海安世匯智公司，上海市浦東新區(qū)平家橋路36號晶耀前灘5號樓9樓
【培訓特色】
—— 精品小班課，資深工程師授課
—— 項目經(jīng)驗豐富，精準匹配行業(yè)
—— 理論與上機結(jié)合，教學質(zhì)量有保障
—— 真實案例教學，貼合企業(yè)實際需求
—— 設立分級課程，循序漸進培養(yǎng)仿真能力
—— 安世亞太官方培訓證書，豐富職業(yè)履歷
【培訓日程】
時間
具體內(nèi)容
第一天
Icepak軟件基本功能特色介紹
Icepak模型庫、對象庫、材料庫等的詳細介紹
Icepak全局網(wǎng)格以及局部網(wǎng)格控制方法以及參數(shù)設置
基于Icepak模型建立方法
復雜對象建立、編輯對齊工具介紹
相關案例操作
第二天
物理模型介紹，自然對流、強迫對流等邊界條件設置講解
PCB熱分析方法以及參數(shù)設置
網(wǎng)格劃分技術介紹——非連續(xù)性網(wǎng)格的設置方法
瞬態(tài)分析計算設置
相關案例操作
第三天
Icepak/AEDT參數(shù)化分析流程簡介
Icepak/AEDT 參數(shù)化設計、分析（單物理場/多物理場耦合）方法
擬CEPAK/AEDT 優(yōu)化分析案例展示
Icepak優(yōu)化案例操作練習
綜合答疑
【報名鏈接】
https://www.wenjuan.com/s/jaQVVfE/
（開課前一周截止報名）
【小貼士】
· 本次課程有上機操作環(huán)節(jié)，我們會準備好電腦與軟件；若報名人數(shù)超額，則需部分學員攜帶自己的電腦，我們會為您裝好試用軟件。
· 本次課程含工作午餐，不含其他食宿費用。
展開 ANSYS Icepak電子散熱分析高級培訓班
課程介紹：
仿真模擬是當今電子散熱設計必不可少的手段。它利用計算機技術幫助工程師快速發(fā)現(xiàn)散熱設計中的問題，分析散熱設計可能的改進方案。隨著設備小型化的發(fā)展，客戶體驗度需求的日益提升，企業(yè)對成本控制不懈追求，電子散熱仿真面臨著前所未有的挑戰(zhàn)：模型越來越復雜，對精度的要求越來越高，需要考慮的物理現(xiàn)象越來越復雜，期望的計算時間越來越短。一些曾經(jīng)非常流行的電子散熱仿真軟件已經(jīng)不能滿足這些新的工程需求。
ANSYS Icepak經(jīng)過多年的發(fā)展，作為業(yè)界技術最完備的電子散熱仿真分析軟件，可以幫助工程師完成各種三維流體/熱分析，在通訊、消費電子、汽車電子、電力、家電等領域得到了廣泛的應用，已經(jīng)成為電子散熱仿真領域最主要的工具之一。 ANSYS Icepak先進的模型與網(wǎng)格處理技術，可以求解幾何高度復雜的電子散熱結(jié)構(gòu)；借助于高度自動化的ECAD數(shù)據(jù)導入實現(xiàn)微觀電子結(jié)構(gòu)的詳細建模，輔以種高級流動/傳熱模型可以幫助用戶獲得精確的結(jié)果；完全自動的熱/結(jié)構(gòu)/電磁耦合方案將復雜的電子多物理問題統(tǒng)一在一起求解，除了幫助用戶獲得更為準確的計算結(jié)果，還可以幫助用戶東西多物理場之間復雜的相互影響。
為了應對日新月異的電子散熱仿真需求，提升相關科技工作者的技術水平，同時也讓廣大散熱設計工程師更好的使用軟件，普及ANSYS軟件高級功能， ANSYS公司（原廠）特定于2017年1月17日-18日在深圳開辦 “ANSYS Icepak電子散熱應用高級培訓班”。
培訓合格者發(fā)放ANSYS技術培訓認證證書。
展開 
ANSYS workbench杯子穩(wěn)態(tài)散熱分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習杯子的三維模型處理
2、學習杯子穩(wěn)態(tài)散熱分析步的建立
3、學習杯子穩(wěn)態(tài)散熱分析的載荷施加
4、學習杯子穩(wěn)態(tài)散熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 杯子穩(wěn)態(tài)散熱分析分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
?
ANSYS workbench杯子瞬態(tài)散熱分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習杯子的三維模型處理
2、學習杯子瞬態(tài)散熱分析步的建立
3、學習杯子瞬態(tài)散熱分析的載荷施加
4、學習杯子瞬態(tài)散熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 杯子瞬態(tài)散熱分析分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
?
Ansys在電機中的結(jié)構(gòu)分析應用
電機中的結(jié)構(gòu)分析
場景一：
電機熱-機疲勞
場景二：
電機NVH
場景三：
沖擊性能優(yōu)化
客戶案例
Lucid Motors –豪華電動汽車公司
電機熱管理
熱—機疲勞分析
Ansys電機多學科分析
*Electric – Fluid – Mechanical(Thermal Stress) – Fatigue
-通過力分布進行單向或雙向耦合分析
電機NVH
NVH面臨的挑戰(zhàn)
高效模擬源自電機的噪聲和振動
-噪聲源的識別和建模
-高效準確的預測
-訪問所需輸出
-性能優(yōu)化
電機噪聲-建模和預測
電機的噪聲振動和聲學建模
電機抗沖擊優(yōu)化設計
初始設計的評估
設計參數(shù)研究
DOE&分析
優(yōu)化結(jié)果
深圳市優(yōu)飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產(chǎn)品開發(fā)平臺解決方案與物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)的國家級高新技術企業(yè)。
十多年來，優(yōu)飛迪科技在數(shù)字孿生、工業(yè)軟件尤其仿真技術、物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)等領域積累了豐富的經(jīng)驗，并在這些領域擁有數(shù)十項獨立自主的知識產(chǎn)權。同時，優(yōu)飛迪科技也與國際和國內(nèi)的主要頭部工業(yè)軟件廠商建立了戰(zhàn)略合作關系，能夠為客戶提供完整的產(chǎn)品開發(fā)平臺解決方案。
優(yōu)飛迪科技技術團隊實力雄厚，主要成員均來自于國內(nèi)外頂尖學府、并在相關領域有豐富的工作經(jīng)驗，能為客戶提供“全心U+端到端服務”。
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(wǎng)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(zhuǎn)速下定/轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速諧響應分析，得到電機的ERP Level Waterfall圖，用于分析電機在各轉(zhuǎn)速下的諧振情況；同時多轉(zhuǎn)速諧響應分析結(jié)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(wǎng)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(wǎng)絡直播錄播內(nèi)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(qū)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(wǎng)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(nèi)容！
▼▼▼2020 Ansys網(wǎng)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 