電機(jī)是一種應(yīng)用廣泛的能量轉(zhuǎn)換裝置，按照能量轉(zhuǎn)換方式分為發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩個(gè)大類。電機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)集電氣、機(jī)械、動(dòng)力學(xué)、散熱、電子電路、控制系統(tǒng)等眾多學(xué)科專業(yè)于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。
新能源電機(jī)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的多物理場(chǎng)問題，它涉及到電磁、結(jié)構(gòu)、流體、溫度和控制等多個(gè)領(lǐng)域。隨著新材料、新工藝以及各種電機(jī)新技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)設(shè)計(jì)的要求越來越苛刻，精度要求也越來越高，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和手段已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代電機(jī)設(shè)計(jì)的要求，必須借助于現(xiàn)代仿真技術(shù)才能解決各種設(shè)計(jì)難題。
針對(duì)電機(jī)永磁化、高速化、無(wú)刷化、數(shù)字化、集成化、智能化、高效節(jié)能化的發(fā)展趨勢(shì)和相關(guān)技術(shù)挑戰(zhàn)，ANSYS能提供集成化設(shè)計(jì)解決方案和流程，高效實(shí)現(xiàn)電機(jī)從磁路法到有限元、從部件到系統(tǒng)、從電磁到多物理場(chǎng)耦合的多領(lǐng)域、多層次、集成化電機(jī)及驅(qū)動(dòng)/控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
基于磁路法的旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)計(jì)專家RMxprt，不僅能完成多達(dá)19種電機(jī)的磁路法計(jì)算，還能夠一鍵生成電機(jī)的二維和三維全參數(shù)化有限元分析模型，包括自動(dòng)建立幾何模型、設(shè)置材料屬性、網(wǎng)格剖分、邊界條件、外電路以及運(yùn)動(dòng)和求解選項(xiàng)等，并且RMxprt中設(shè)置的設(shè)計(jì)變量能夠無(wú)縫傳遞到Maxwell中，用于參數(shù)化、優(yōu)化設(shè)計(jì)、極大的簡(jiǎn)化了電機(jī)電磁場(chǎng)有限元分析和瞬態(tài)性能優(yōu)化流程。
基于電磁場(chǎng)有限元分析的軟件Maxwell 2D/3D，可通過對(duì)RMxprt直接輸出的有限元模型進(jìn)行簡(jiǎn)單修改，就可以完成電機(jī)各種正常和故障工況下的電磁性能分析，例如：齒槽轉(zhuǎn)矩、開路反電動(dòng)勢(shì)、額定負(fù)載特性、轉(zhuǎn)矩電流特性、繞組短路/斷路、導(dǎo)條斷裂等，并可直接設(shè)置或調(diào)用RMxprt設(shè)置的各種變量，對(duì)電機(jī)的各種瞬態(tài)特性進(jìn)行參數(shù)化/優(yōu)化設(shè)計(jì)，還可利用HPC和DSO，加速電機(jī)電磁計(jì)算和性能優(yōu)化進(jìn)程。并結(jié)合內(nèi)置外電路或Simplorer控制電路，對(duì)電機(jī)有限元模型進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)優(yōu)化，并輸出等效電路模型備用。
采用Simplorer進(jìn)行電機(jī)及控制系統(tǒng)仿真，結(jié)合SCADE嵌入式控制代碼自動(dòng)生成技術(shù)；結(jié)合Maxwell場(chǎng)路耦合、瞬態(tài)協(xié)同仿真技術(shù)；結(jié)合Q3D線纜、母排、IGBT寄生參數(shù)提取技術(shù)；對(duì)整個(gè)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行高精度仿真和性能優(yōu)化。
采用Maxwell輸出電機(jī)的幾何模型和分布式損耗到Mechanical或FLUENT等工具中，進(jìn)行電機(jī)溫度場(chǎng)仿真，實(shí)現(xiàn)電磁、熱單/雙向耦合分析，預(yù)測(cè)電機(jī)在各種工況下的溫升并優(yōu)化散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
采用Maxwell輸出電機(jī)的幾何模型到Mechanical，利用Workbench和ANSYS電機(jī)電磁、振動(dòng)、噪聲自動(dòng)化耦合仿真流程,便捷地分析電機(jī)在各種工況下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、形變以及振動(dòng)噪音。
除此之外，ANSYS還提供了定制化開發(fā)功能UDO和ToolKit包，方便用戶將復(fù)雜的設(shè)計(jì)流程化、自動(dòng)化。UDO能夠在電磁場(chǎng)有限元分析結(jié)束后，直接輸出電機(jī)的各種電磁性能數(shù)據(jù)；ToolKit能夠一鍵完成永磁和感應(yīng)電機(jī)的LdLq、效率Map圖、一鍵輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線等，且采用MPTA控制算法，并考慮溫度、頻變交流電阻、斜槽、不同頻率下鐵耗系數(shù)等對(duì)電機(jī)性能的影響。
UDO是Maxwell內(nèi)置的、針對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)的后處理工具，能夠在電磁場(chǎng)有限元計(jì)算完成之后，直接輸出電機(jī)的輸入輸出功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、各種損耗、LdLq、效率以及功率因數(shù)等電磁性能數(shù)據(jù)。
Toolkit是Maxwell內(nèi)置的、針對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)的定制t化后處理工具，能夠一鍵完成永磁電機(jī)的效率Map圖、損耗Map圖、LdLq以及電流的Map圖，一鍵輸出電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線等功能，采用單位電流最大轉(zhuǎn)矩輸出（MPTA）的控制算法，并考慮溫度、頻變交流電阻、斜槽、不同頻率下鐵耗系數(shù)等對(duì)電機(jī)性能的影響。
