Ansys Maxwell ahora cuenta con co-simulación con Ansys Motion

En los dispositivos portátiles modernos, los imanes permanentes suelen mantener las cosas unidas, literalmente. Sin ellos, el teclado desmontable nunca se volvería a enganchar, el lápiz óptico que viene con una tableta rodaría sin poder evitarlo y la almohadilla de carga inalámbrica del teléfono no sería más que una alfombrilla de ratón glorificada.

Para los ingenieros que diseñan mecanismos de enganche con imanes permanentes, la configuración magnética debe proporcionar una capacidad de enganche adecuada. El objetivo es crear la fuerza adecuada en el lugar adecuado, lo suficiente para una sujeción fuerte pero sin riesgo de que los imanes destruyan los materiales metálicos o plásticos adyacentes, o incluso a ellos mismos, ya que están construidos con materiales frágiles.

Lo que se necesita es un cierre normal, una configuración segura y la interacción dinámica adecuada entre el usuario y el propio equipo. Diseñar algo que cumpla esos objetivos exige tener en cuenta complejas dependencias, como las características del material de los imanes, sus dimensiones, su posición y su instalación, y cómo aislarlos de los componentes de la placa de circuito impreso (PCB) para evitar interferencias y distorsiones. Incluso entran en juego las posibles condiciones de funcionamiento del dispositivo electrónico, incluido el perfil de temperatura, especialmente para evitar la desmagnetización.

El nuevo flujo de trabajo de análisis de enclavamiento magnético con dinámica multicuerpo en Ansys Maxwell simplifica el proceso. Gracias a la co-simulación con Ansys Motion, que permite un análisis rápido y preciso tanto de cuerpos rígidos como flexibles, Maxwell ofrece ahora una solución magnética y cinemática completa para el diseño de cierres magnéticos.

El flujo de trabajo de análisis de enclavamiento magnético con dinámica multicuerpo aborda los retos de ingeniería de forma más completa que nunca.

• + El acoplamiento electromagnético con la cinemática garantiza el control de todos los grados de libertad del movimiento de los imanes permanentes.
• + El diseño avanzado de los imanes permanentes es posible gracias a:
  • –   Estudios del entrehierro, la forma, el tamaño y el material
  • –   Efectos de saturación y flujo parásito
  • –   Magnetización y desmagnetización irreversible con dependencia de la temperatura
  • –   Modelado de histéresis vectorial
• + El mallado adaptativo automatizado y fácil de usar proporciona una solución precisa.
• + 2022 R2 contiene flujos de trabajo escalables y personalizables.
• + La co-simulación ahorra tiempo de configuración y cálculo.

De un lado a otro

La integración de Maxwell y Motion no es nada nuevo, pero hasta ahora sólo era posible un acoplamiento unidireccional. Maxwell podía exportar los cálculos de fuerza a Motion, pero no había forma de que Motion enviara sus cálculos de vuelta a Maxwell.

El flujo de trabajo de análisis de enclavamiento magnético con dinámica multicuerpo proporciona una conectividad completa entre ambos, consolidando las ventajas de un solver cinemático completo de cuerpo rígido y un solver electromagnético en un único espacio de diseño.

Ahora, el flujo de trabajo general comienza con Motion definiendo el diseño cinemático transitorio y lanzando el acoplamiento con la solución magnetostática de Maxwell. Durante el análisis transitorio, Motion transfiere información sobre la posición de un objeto (grados de libertad completos) mientras que Maxwell asigna las coordenadas de posición a los objetos seleccionados, calcula las fuerzas magnéticas y el par correspondiente, y luego transfiere esta información de nuevo a Motion, donde continúa la simulación transitoria. Motion controla la solución electromagnética mientras realiza la cinemática y el análisis de impactos con mayor detalle.

¿Qué más novedades hay?

Comprender las pérdidas: ROM dependiente de las pérdidas del núcleo para la máquina de inducción

Crear un modelo de orden reducido (ROM) para una máquina de inducción es una tarea difícil para los diseñadores de máquinas eléctricas y los ingenieros de sistemas que evalúan el impacto del diseño de los componentes en todo el sistema de transmisión. Sin embargo, es fundamental para acelerar el proceso de desarrollo, reducir su coste y garantizar un mejor rendimiento del producto.

Dada la complejidad de las geometrías, las características de los materiales, las excitaciones y otras variables, la integración de modelos de análisis de elementos finitos (AEF) de alta fidelidad en una simulación de un solo sistema -en el que todos los componentes están interconectados y controlados electrónicamente- resulta prohibitiva. En cambio, para simular todo el sistema o subsistema, el ingeniero debe extraer del AEF la información sobre el comportamiento, incluidas las pérdidas que afectan al rendimiento, y crear modelos equivalentes para utilizarlos en esquemas más amplios. El reto consiste en realizar el circuito en el dominio del tiempo basándose en los parámetros de pérdidas del núcleo dependientes de la frecuencia identificados en el dominio de la frecuencia de una simulación FEA.

Esta versión de Maxwell aumenta la precisión del ROM de la máquina de inducción en el nivel de integración del sistema al incorporar la dependencia de las pérdidas. Maxwell extrae los parámetros de AEF para generar un modelo equivalente en Ansys Twin Builder, lo que acelera la simulación del sistema a la vez que preserva la precisión del AEF.

Impulsado para mejorar: El modelado de la inclinación hacia un nuevo paradigma

El diseño de motores eléctricos inclinados para aplicaciones de automoción requiere maximizar el perfil de par en un amplio rango de velocidades y, al mismo tiempo, hacer que el par sea lo más suave posible.

Las nuevas capacidades de Maxwell hacen que alcanzar estos dos objetivos sea más fácil que nunca.

ROM de un diseño 2D Skew

En lo que respecta a los diseños de máquinas eléctricas, los ingenieros suelen realizar AEF detallados en una sección transversal 2D de una geometría 3D. Sin embargo, debido a los límites de una sección transversal en 2D que puede tener en cuenta los efectos 3D, no proporciona la simulación más precisa, especialmente cuando se emplean topologías inclinadas para diseñar estatores o rotores. Para hacer frente a este desafío, Maxwell proporciona una tecnología de cortes múltiples para tener en cuenta los efectos de la inclinación 3D en un diseño de sección transversal 2D. En 2022 R2, Maxwell proporciona una técnica ROM basada en la tecnología multi-slice para extraer un modelo de circuito equivalente de un diseño skew 2D. Esto permite a los diseñadores aprovechar la velocidad de los elementos finitos en 2D conservando la precisión de la simulación de elementos finitos en 3D.

A la izquierda: Ansys Maxwell dispone ahora de un algoritmo matemático (tecnología multicorte) que permite a los diseñadores aprovechar la velocidad del análisis de elementos finitos (FEA) en 2D, conservando la precisión de la simulación FEA en 3D. A la derecha: La tecnología multi-corte introducida por el solver 2D de Maxwell ha sido mejorada por una opción de computación de alto rendimiento (HPC) para distribuir en paralelo cada corte calculado a través de la técnica MPI (interfaz de paso de mensajes).

Modelización de la inclinación del HPC con circuito externo

La nueva opción de computación de alto rendimiento (HPC) de Maxwell distribuye cada tramo calculado basándose en la técnica de la interfaz de paso de mensajes (MPI), lo que acelera toda la simulación de elementos finitos en 2D resolviendo el modelo de transitorios de skew en varios núcleos. La opción HPC admite la co-simulación de circuitos externos con el modelado de skew basado en MPI en el diseño de transitorios de Maxwell.

Las capacidades adicionales de Ansys Maxwell incluyen:

• + Características no lineales robustas para una solución de transitorios eléctricos en 3D que aborda los retos de diseño asociados a los diseños de aplicaciones de semiconductores y alta tensión.
• + Condiciones de contorno de aislamiento de capa fina para su solucionador de conducción de corriente alterna en 3D para mejorar el cálculo del tiempo total reduciendo el número de elementos finitos necesarios para mallar objetos diminutos utilizados como aislantes.
• + Maxwell amplía sus capacidades de movimiento rígido a través de su solucionador de transitorios magnéticos mediante el uso de movimiento de traslación con objetos en movimiento que tocan objetos estacionarios.