ANSYS BLOG
May 9, 2022
電機機械設計和模擬軟體大升級
儘管近幾年混合動力和電動汽車 (HEVs) 佔據了所有與電氣化相關的新聞頭條，然而電機機械也為我們的工廠提供動力，為家居提供暖、冷氣，更是新航太技術背後的推手。市場對輕巧、安靜、節能機器與設備的需求，預計將從2020年的1063億美元成長到2030年的2073億美元。
汽車工業的發展主要是由對 HEV 推進器技術的需求所推動的，以滿足日益嚴苛的燃料消耗標準與企業的永續發展計劃。 於航太工業和國防電氣化的發展方面，除了關注未來的全電動飛行目標，也持續討論電機機械如何取代當今飛行器中的動力傳輸技術，例如中央液壓系統和電子控制子系統。未來工業 4.0 將繼續依賴這些電機機械的發展，從機器人技術到滾筒式輸送機再到封閉式壓縮機。
為了生產出更小型、強大且節能的電機機械，且同時以更永續的方式使用稀有天然資源，工程師需要一個全面性的工作流程，以進行從概念設計到最終製造可行性的分析評估。例如，要設計出一個更小型的電動機，就需要一個經散熱模型驗證、具可靠度的冷卻系統設計；又或者是，要設計出一個更安靜的馬達，就須仰賴更精準的噪音、振動和柔和性 (NVH) 模擬一樣；延續同樣的道理，能源效率則是與最佳化性能輸出有關。而電機機械通常是一個更大、更複雜系統的一部分，因此工程師需要考慮這些電機機械在整個開發過程中如何與電氣、機械、熱和電磁領域相互作用。
Motor Design Ltd. 資深電機設計工程師 Nicolas Riviere 在 Ansys 部落格文章中表示：「 電機機械設計最佳化是一個複雜的、涉及多門學科的且通常是非線性的問題。」「工程師常面臨多目標性、多重約束性的場景，礙於性能方面的衝突，這時工程師就必須評估必要的設計取捨。」
建立完整的電機機械工作流程
收購 Motor Design Limited (MDL) 將為 Ansys 現有的電機多物理場模擬和電機產品分析擴充前期設計能力。 MDL 的 Motor-CAD 軟體專為電機機械設計而開發——從使用者界面到有限元求解器和分析算法的組合，再到電機特定的後處理功能。 Motor-CAD 包含耦合的電磁、散熱和機械建模功能，以快速且考慮其運作的方式設計電機機械。
兩年前MDL 和 Ansys 同意合作，共同建立一個全面的設計方法，以支持電氣化應用並滿足其能效要求。 透過收購 MDL，Ansys 將提供緊密串聯的前期電機設計能力，並在設計建模和分析之間更周密地整合，以支援完整的電機工作流程。
針對電機設計的深入分析和驗證，Motor-CAD 將與我們的電磁場求解器 Ansys Maxwell、用於流體模擬的 Ansys Fluent、Ansys optiSlang 流程的整合與設計最佳化 (PIDO) 軟體以及其他 Ansys 產品連接。將這些求解器與 Motor-CAD 相結合可提供準確的 2D/3D 分析功能，使用戶能夠分析終端效應、退磁、鐵芯損耗、遲滯現象、NVH 和其他高級電磁現象，並設計完整的電機冷卻系統。
將 Motor-CAD 加入到 Ansys 電機機械設計流程中，可以進行從電磁到電機機械和散熱設計，再到最佳化與驗證，為電機機械設計建立了一個完整的端到端工作流程。
Ansys 產品副總經理 Shane Emswiler 在最近的新聞稿中表示：「Motor-CAD 是領先業界的電機機械設計工具， 融合 Ansys 的多物理場分析軟體系統，將使我們能夠為電機機械設計的各個面向提供更緊密的整合與更順暢的工作流程。 我們將攜手為客戶提供最全面的電機設計解決方案，這對遍布全球的各個產業與企業的電氣化與永續發展計劃至關重要。」
市場需求不斷推動電機在設計與效能上的突破，而這樣的技術突破就需仰賴在初期設計過程，就進行多物理場的設計與最佳化。我們將為 Ansys 客戶提供一流的專用電機機械設計工具、強大的模擬和分析以及系統驗證——且上述都將涵蓋在一個完整的工作流程中。