机电系统集成化研发平台open

机电系统集成化研发平台ANSYS中国ANSYS机电系统研发理念ANSYS机电系统研发实现2©

2011ANSYS,Inc.October

8,

2012内容提要机电系统设计电源、变流系统、电机、负载系统、控制系统等性能、体积、重量、稳定性、可靠性、电磁兼容、成本等新品设计、方案改进、市场化压力、型号工程等电磁/机械部件、控制电路/算法、子电路/系统、系统电气、电磁、温度、结构、流体、振动、噪声等员工之间、部门之间、公司之间、数据和设计流程管理系统复杂性指标严格性任务紧迫性多层次设计

多物理域设计多组织设计3©

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2012ANSYS理念：向全球机电用户提供高性能研发平台，帮助其实现新型虚拟设计模式和流程传统设计模式单域单人单个部件研究点少面窄串行研发模式工作继承性差新型设计模式多物理域（电气、电磁、流体、结构等）多层次(从部件到系统）深度扩展的设计点和面高效的并行设计高效的数据和流程管理传统设计流程的局限性能够解决部分单点设计问题，但不能解决系统化的多物理域耦合设计问题。采用设计点工具，而非完善且先进的研发环境与流程4©

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2012ANSYS设计理念：仿真驱动产品开发概念设计物理样机生产仿真驱动产品开发概念设计初始设计物理样机性能测试仿真分析CAD5©

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2012CAEYes生产No

CAM©

2011ANSYS,Inc.October

8,

20126“Most

high‐technology

companies

now

realize

the

potential

benefits

of

simulating

theperformance

of

their

products.

They

also

clearly

know

that

performing ysis

early

in

thedesign

cycle

has

the

potentialto

identifyand

solve

design

problems

mu ore

efficiently

andcost

effectively

compared

to

handling

them

later.”Fereydoon

DadkhahSenior

EngineerDelphi

Electronics

&

SafetySystems设计变更成本传统分析和CAD解决的设计问题数量[N(p)]传统的设计、制造和检测设计变更成本设计变更成本ANSYS设计理念的客户价值：优化设计流程，提高工程效益概念设计精确设计虚拟样机 测试评估递增生产全线生产研发阶段1

X10

X100

X1000

X20000+

X解决问题的成本ANSYS多域系统化仿真技术高保真虚拟样机ANSYS仿真驱动产品研发压缩研发周期降低研发成本©

2011ANSYS,Inc.O7全面考虑电磁、温度、结构、流体、振动、噪声、疲劳等耦合特性无缝实现数据/模型接口和单/双向耦合设计电磁温度流体ANSYS平台价值：多物理域耦合设计疲劳振动集设计和验证于一体部件和系统设计同步ANSYS平台价值：集成化系统设计Transient

Structural

(MBD)Crankshaft

ModelANSYS

Mech.Motor

Shaft

ROMControlPM

MotorInverter/Converter降价模型接口和协同仿真技术无限拓展的设计领域和层次Throttle

Control8©

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20120传导：电缆、母排、辐射：电

压器、、PCB走线等、PCB、整机系统等ANSYS平台价值：全面分析EMI/EMC问题AC22[Arms]:300MHz9©

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2多核并行求解区域分解和高性能计算优化设计和分布式计算ANSYS平台价值：优化设计和高性能计算，加快研发进程10ANSYS平台架构：集成化研发环境11©

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2012ANSYS平台应用：97/100家业界顶尖客户，全球40000多家客户©

2011

ANAirbusBoeingEmbraerBombardierBellAvicSikorskyNorthropGrummanLockheed

MartinAleniaPratt

andWhitneyRolls

RoyceGEHoneywellEurocopterNASAJAXASpaceXAstroboticsAstriumSP

KorolevRocket

andSpaceCorporationAmpac

ISPNEC

ToshibaSpace

SystemsOrbital

SciencesUnited

LaunchAllianceUnited

SpaceAllianceBAEMBDADRSGeneralDynamicsQinetiQTactical

MissilesCorporation

JSCAerojetATKRoketsanRuagAtomic

WeaponsEstablishment

UKDiehl

BGTDSTLUS

DoDRafaelDSTOMinistry

ofDefense,

JapanRaytheonCobhamL‐3JHU

AppliedPhysics

LabRemingtonSturm

RugerDefense

R&DCanadaCDIOneraSagemMeggittThalesSAABIRKUTCorporationMartin

BakerAircraftAugustaWestlandElbitSystemsGoodrichMoogTextronNationalAerospaceIndustries,Wyle

LabsAerovironmentJet

PropulsionLaboratoryCarleton

LifeSupport

SystemsCessnaLearjet

SpiritAerosystemsAAICorpSchweizerAircraftCorpVoughtANSYS平台应用：业界领先且深度信赖ANSYS产品的部分客户（航空航天和

工领域）13©

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2012ToyotaVolkswagenFordHyundaiGeneral

MotorsPSABMWHondaRenaultTata

MotorsSAICVolvoChryslerBoschDelphiYazakiMagnaValeoContinentalDensoBroseVisteonBorgWarnerEatonTRWDanaCaterpillarNavistarJohn

DeereScaniaCumminsAGCOBobcatCNHEicher

TractorsKubota

Corp.Mahindra

&MahindraVolvo

TruckRedBullFerrari

Toyota

RacingMcLaren

RacingForceHendrickMotorsportsSauberMotorsportsHarley

DavidsonBajaj

AutoPratt

&

MillerAlstom

TransportBombardierTransportationDeutscheBahnElectromotiveDieselRailway

TechnicalResearchInstituteJapanZhuzhou

ElectricotiveANSYS平台应用：业界领先且深度信赖ANSYS产品的部分客户（汽车领域）14©

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2012ANSYS机电系统研发理念ANSYS机电系统研发实现15©

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2012内容提要典型机电系统架构电机一次/二次电源

逆变/变流器传动轴和负载16©

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2012控制器根据设计指标确定初始方案初始方案综合优化优化方案精确电磁性能评估电磁、温升交互影响温升

热应力和形变（短路等故障）电磁、结构交互影响（受力与形变、振动）振动噪声电磁、散热方式、热性能交互影响散热系统优化设计电机多物理域耦合设计17©

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2012电机电磁设计和优化:无缝实现电机从磁路法到有限元的集成化设计流程18©

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20121电机电磁设计和优化:精确分析电机各种瞬态特性（起动、变载、短路、断路等正常和故障工况），可便捷地实现优化设计。2016.0018.0020.0022.0026.0028.0030.0032.0024.00Time

(ms)

[s]-0.050.000.05TorqueAnsoft

Corporation0.10XY

Plot

5Test_MagnetLossCurve

Info

Torque

Difference电机铁心损耗计算：基于多频率BP曲线提取损耗系数、采用瞬态铁耗计算方法、考虑基波或谐波激励影响、叠压系数对铁耗影响、铁心损耗对磁场影响等，有助于精确计算效率、损耗分布和精确热分析。不同工况、参数、材料属性的铁心损耗计算及其对转矩输出的影响,,电机导条/鼠笼、永磁体和绕组损耗计算：精确计算不同形状和工况下电机各种涡流损耗，有助于精确计算效率、

损耗分布和精确热分析。©

201122温度形变电机电磁、热、应力耦合分析：直接电机电磁损耗分布进行热分析，进而分析热应力与形变，有效解决电机的发热问题。电机电磁、结构耦合分析：直接电磁力分布进行应力、形变与振动、噪声分析，可有效解决电机的振动和噪声问题。定子总的形变随

f

=

3200

Hz时间变化的曲线23©

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2012电机电磁

流体耦合分析

直接

电磁损耗分布

进行流体热2©

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2012根据设计指标确定初始方案初始方案综合优化优化方案精确电磁性能评估电磁、温升交互影响温升热应力和形变（短路等故障）电磁、结构交互影响（受力与形变、振动）振动噪声电磁、散热方式、热性能交互影响散热系统优化设计ANSYS平台：既可单点设计，也可无缝集成为平台化设计25©

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2012,,26电机控制系统设计：IPM矢量控制弱磁调速系统多层次电机模型电机控制系统设计：特性分析精确建模及电气、热线电流测试点1T,1D的开关和直流损耗节点1T,1D的温度模块温度测试一个热周期1T1D环境温度为25C27©

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2012电磁特性分析（布局优化对电机控制系统设计：均流特性的影响）1a

andhighest4a

have

thety

of

current从结果可以看出：中间两个

电流比边上两个大，这可能会导致中间两个过载，因此需要通过优化布局来平衡各个中的电流28©

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2012mag

E

@

100

MHz,

Power

=

10

000WSpectrum

(MHz)Power(W)E

field

at

1m(V/m)115.70247932308.35953610.35553171Spectrum(MHz)115.7024793Power E

field

at

1m(W)

(V/m)2308.359536

10.35553171电机控制系统设计：辐射特性分析（电磁功率频谱用于进一步分析特定频率下的电磁干扰是否

）。The

E

field

is

very

localizedclose

to

the

module

even

at100

MHzHowever,

the

very

highpower

can

lead

to

largevalues

of

E

field

even

farfrom

the

moduleThis

design

is

fine

at110MHz.29©

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2012ANSYS平台：电机控制系统多物理域、多层次集成化设计30©

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2012二次电源设计：有效解决电感、变压器快速设计、精确电磁参数计算