電気機械
Innovative solutions for thermal design of electric machines
工業化された世界では電力の利用がますます加速しており、なかでも電気機械は、世界中のエネルギー消費の 60% を占めています。消費者の飽くなき要望と、必要な材料の不足という 2つの大きなモンスターの出現により、より優れたシミュレーションツールを用いて電気機械の設計を最適化することはこれまでになく重要になっています。
  • This exploded view of an electric motor shows the surface temperature distribution and polyhedral mesh generated with STAR-CCM+ for a forced air cooling simulation.
  • The image shows a typical model where the 2D sector losses have been mapped on to a full revolution 3D body
  • A water jacket cooled motor: STAR-CCM+ in combination with SPEED is an integrated toolset for virtual prototyping of electric machines which delivers the power of computational fluid dynamics and heat transfer simulation technology.
  • This early example of the finite-volume-based STAR-CCM+ EM Field Solver shows proximity effects in a stranded conductor.
  • An exploded view of the Grundfos MAGNA-series circulator pump: tight space restrictions lead to a complex geometry for in-depth cooling analysis (image courtesy of Grundfos, Denmark).
  • This image shows a cross-section view of the electric current density and magnitude of the magnetic flux density in an electric machine.

部品とシステムの温度制御は、今でも電気システム設計における最も重要な課題の 1つです。過大な熱負荷は、電気機器の最大パフォーマンスを制限するとともに、消費エネルギーを大幅に上昇させるからです。単純な真実として、競争圧力が日々高まる市場では、シミュレーションによって、新しい機器のパフォーマンスに必要な洞察が得られるということです。CFD を設計プロセスの初期段階に置くことで、生産を目前にしての再設計というコストのかかる作業を防ぎ、最適な設計を確実に選択できるようになります。

STAR-CCM+ と SPEED との組み合わせは、電気機械の仮想プロトタイピングに使用する統合ツールセットで、流体力学と熱伝達のシミュレーションテクノロジの統合による強力なツールが得られます。

SPEED は、電気機械設計業界において 25年の実績があり、これまでに何千件もの製品の設計に活用されています。電気機械の根底となる理論に基づき、設計のあらゆる側面を効率的に計算します。さらに、実行速度が速いため、設計技師に待ち時間が生じません。これは、設計の生産性を確保するために不可欠な要件です。また、ジオメトリや熱負荷を SPEED から STAR-CCM+ に転送することもできます。これにより、電気機械の流れと熱を完全に分析することができます。

STAR-CCM+ は、磁気ベクトルポテンシャルソルバーを搭載しています。これは定常モードと非定常モードで動作し、電位ソルバーと連成して電磁場の問題を解析します。この機能を、既存のモデル (具体的には流体流れモデル、熱伝達モデル、構造力学モデル) と連成すると、電気機械解析、熱解析、構造解析を同一のモデルから実行することができます。これによりシミュレーションエンジニアは、電気機械の動作範囲の限界付近における性能を、正確に視覚化することができます。

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