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多物理模拟：IEEE频谱插入

经理指南

查看管理人员如何在多物理模拟中保持领先地位

模拟应用简化电动汽车电动机的开发

大众卡塞尔（Volkswagen Kassel）通过构建和分发评估转子层压强度的模拟应用来加速电动机的设计过程。

托马斯·福里斯特（Thomas Forrister）
2019年12月

随着越来越多的消费者对环境表示关注，电动汽车正走向传统的内燃机车辆作为首选运输模式。为了应对这种不断增长的需求，领先的汽车制造商正在尽其所能为电动汽车铺平道路，并与燃烧发动机的制造商一起改善电动机和混合动力汽车的开发。大众汽车制造商是一位这样的汽车制造商，他在德国的Kassel工厂专门研究电动驱动器的开发，计划和生产。它的产量为150台电力和300个混合动力驱动器。

作为电动驱动器中的基本组件，需要对转子进行耐久性测试，因为它们必须在驱动器操作过程中以不同的速度和扭矩来忍受大量的旋转。但是，评估转子层压的强度是耗时的。大众卡塞尔（Kassel）通过使用ComsolMultiphysics®软件来构建模拟应用程序来自动化转子的测试过程，并降低开发成本和提高产品质量。188金宝搏优惠

平衡电磁和机械要求

2015年，大众汽车开始开发一个模块化系统，以优化EV设计并使制造过程更有效，称为模块化电气化工具包（MEB）。MEB占主后轮驱动器的扭矩，功率和速度以及在全轮驱动版本中使用的可选前轮驱动器（图1）。除其他要求外，例如车轴，驱动单元，重量和轴距的比率外，高压驱动电池的设计和放置在整体MEB概念中起着重要作用。尽管MEB有助于优化单个组件和整个系统，但平衡这些要求的设计师需要仔细考虑，尤其是在考虑到数字化，自动驾驶和电动驱动器等新技术时。

图1. MEB的示意图，带有可选的全轮驱动（车辆的左侧）和主驱动器（车辆的右，后部）。

从电动驱动器开发过程的一开始，大众卡塞尔（VW Kassel）参与设计，模拟和测试的工作人员之间就进行了密切的合作。首先，仿真专家审查了电动驱动器的性能规格，并使用模拟来研究如何最佳处理设计。例如，对驱动器进行建模大大减少了变体的数量，并基于此模型分发模拟应用程序，使设计人员可以基准测试不同的变体并选择最佳的变体。

这项合作对所有人至关重要和有益，因为模拟无法涵盖所有现实世界中的所有问题。因此，测试过程在开发过程中起着重要作用。此外，实验测试程序有助于改善仿真模型。

“在电机的开发过程中，必须满足许多要求，”大众卡塞尔（VW Kassel）组件开发的模拟工程师Steffen Rothe博士解释说。“一方面，机器必须符合扭矩和电源的电气要求。另一方面，转子必须具有一定的耐用性，其中离心力是转子的主要负载。”

此外，平衡双重要求可能会具有挑战性，因为它们有时会矛盾。例如，虽然最好将薄的Weblike结构用于电磁需求，但对于机械耐用性而言，更厚的结构更可取。重要的是要在开发过程的早期解决这些要求。有效做到这一点的一种方法是模拟所有涵盖要求的负载案例。罗特说：“模拟，在加速设计过程中起着重要作用。”

“许多工业模拟程序都被设计为黑匣子，而ComsolMultiphysics®的透明度是独特的。188金宝搏优惠它使用户能够查看和修改实现的方程式，甚至添加自己的方程式。” Rothe说。此外，该软件从一开始就设计为多物理工具，并使用户能够同时模拟不同的物理字段。因此，用户可以组合不同的物理领域以做全新的事情。

但是，即使对于模拟专家来说，分析诸如此类的复杂物理问题也可能具有挑战性。该团队需要一种与同事进行交流的方法，并在机械模拟中启用非交流以测试某些参数。设计人员能够通过使用ComsolMultiphysics®中的应用程序构建器来满足这些需求，以创建预测转子中应力的模拟应用程序。188金宝搏优惠

通过专门应用改善电动汽车生产

为了设计同事评估转子层压的强度和耐用性的应用程序，模拟专家Marie Hermanns和Steffen Rothe考虑了该模型的哪一部分可以自动化，哪些模型参数是可变的，以及该应用程序应显示的结果。

图2.带有转子板，轴和磁铁的典型转子设置。

对于典型的转子设置（图2），模拟专家得出结论，他们可以自动化负载测试以包括干扰，温度和工作速度。这些是其他部门同事将受益于自我改变的参数。一般可变参数包括几何，区域，干扰，触点，活动磁体和材料的数量。这些考虑因素帮助Hermanns整理了应用程序的直观用户界面（图3），同事可以用来自动化所需的计算。