利用热仿真验证电机设计和减少散热器重量

2020-05-08 20:33
AnJen Solutions最近使用了Flomerics公司的FLOTHERM (CFD) 软件来帮助 MagneMotion, Inc. 设计一款采用了线性同步电动机(LSM)的垂直升降电梯。AnJen Solutions 对LSM散热器的重量和热特性进行了分析。AnJen Solution 的Michael Rigby 说:“FLOTHERM 对散热器和LSM支撑结构之间的导热量以及进入到空气中的热量提供了详细的信息,仿真的结果表明通过减少翅片数和改变翅片间距和厚度可以达到与最初设计方案相同的效果,但散热器的重量仅仅为最初方案的1/3 。”
 
轨道的热负荷和垂直方向的形式都要求比水平放置的形式进行更为详细的热仿真。这是因为垂直方向的形式会导致换热系数发生变化,同时也会提高周围环境空气温度。此外LSM材料的温度也是一个限制因素。
 
CFD 软件的优势在于能够模拟LSM 周围的空气流动,从而使精确预测对流换热量成为可能。Flomerics公司的FLOTHERM 软件是专门为仿真电子和电气产品热特性而开发的。Rigby说:“FLOTHERM 具有自动优化、简化模型等许多强大的功能,这一切都可以大大提高的散热性能和减少产品研发时间。软件强大的功能使散热器的优化成为可能,而散热器重量的减少正是我们所需要的,因为MagneMotion的客户对LSM 的总重量特别关注。”
 
FLOTHERM完全解决了产品的散热问题,这其中不仅仅包括了热量从发动机通过导热方式经过机械结构和散热器,而且包括了热量通过对流的方式从机械结构和散热器进入到空气中。FLOTHERM 通过求解浮升力方程来确定由热负荷所引起的空气流动。Rigby 通过变化模型中散热器翅片数和厚度来对11个不同的设计方案进行评估。当翅片数为15 并且翅厚为3 mm 时,可以满足封装温度的限制并且此时的散热器重量最小。优化之后的散热器重量为39 磅,与未做优化时候相比重量减少了1/3 。
 
Rigby 总结到:“FLOTHERM 对LSM 散热器和支撑结构的对流热交换量以及结构内导热热交换量提供了详细的信息,CFD 热仿真节省了产品研发的时间,并且由于不需要构建模型来验证整个LSM的热设计,所以大大缩短了产品上市的时间。此外,热仿真可以减少散热器的重量,从而节省散热器的成本。”
 
FLOMERICS
   
  FLOMERICS公司创立于1988年,是全球第一个开发专门针对电子设备热设计仿真软件的公司,自1989年推出FLOTHERM电子热分析软件以来就一直居于市场领导地位并引领该行业的技术发展。目前FLOMERICS公司还是一家在伦敦股票交易所上市的高技术软件公司。在1999年,FLOMERICS公司还兼并了在时域电磁场分析方面全球领先的KCC软件公司,推出了全球首个系统结构级电磁兼容仿真软件FLO/EMC,目前FLO/EMC和FLOTHERM软件已实现完全无缝和同一界面的协同设计,可共享几何模型,令结构设计工程师可以快速方便地全面分析系统的散热与电磁兼容性这一对矛盾并得出符合二者要求的设计方案。
   
  作为电子热分析领域技术的领导者和标准制定者,FLOMERICS公司拥有业内数量最大的电子热分析专家队伍,FLOTHERM不但是全球第一套专业电子散热分析软件,也是目前唯一拥有参数化和目标驱动优化设计功能、全球标准IC封装热分析模型库(Flopack)及CAD模型自动热等效简化功能的软件,其中Flopack芯片封装热分析模型已被美国JEDEC组织考虑作为全球唯一的IC标准热模型。FLOMERICS公司一直并会继续领导全球电子散热设计技术的发展。
   
  Flo/EMC是目前全球唯一专业面向系统级电磁兼容分析的仿真软件。FLO/EMC采用先进的时域传输线矩阵法(TLM),只需要一次求解就可以得到系统在整个频域的响应曲线。它非常适合进行系统和子系统级的屏蔽效能分析、辐射性能分析以及散射参数分析。可以直接获得时域响应曲线、屏蔽效能曲线、三维的空间电磁场分布图及随相位和空间位置变化的动态效果图、表面电流分布图以及辐射方向图等分析结果。
   
  Microstripes是功能强大的三维电磁计算仿真软件。Microstripes三维电磁场分析软件采用高级时域传输线矩阵(TLM)求解Maxell方程组。在时域通过冲击脉冲激励,可以一次性求解出系统整个宽频的响应。Microstripes友好的图形操作界面,独特OCTREE网格划分技术等特点使其成为分析复杂、电大尺寸天线及微波器件模型电磁场特性的理想工具。
   
  T3Ster (可以读作“Trister”)是FLOMERICS公司兼并的MicReD公司研发制造的先进的热测试仪,用于测试半导体芯片组的热特性。T3Ster运用先进的JEDEC静态试验方法(JESD51-1),通过改变半导体芯片组的输入功率,从而使该芯片组从“冷”状态转变为“热”状态。在变化过程中,T3Ster测试出芯片的瞬态温度响应曲线,仅在几分钟之内即可分析得到关于该芯片组的全面的热特性。
   
  EFD是无缝集成于主流CAD软件中的通用CFD分析软件,EFD分析:包括CAD模型建立、自动网格划分、边界施加、求解和后处理等都完全在CAD软件界面下完成。整个过程快速高效,EFD直接应用CAD实体模型,自动判定流体区域,自动进行网格划分,无需对流体区域再建模。EFD基于当今主流CFD软件都广泛采用的有限体积法开发,它比其它基于有限元法开发的CFD软件更适合于做流体分析。
   
  依据独立的第三方调查显示,目前全球80%以上的电子产品散热及EMC设计工程师都在依靠本公司的FLOTHERM & Flo/EMC软件进行电子散热与电磁兼容性设计与分析,客户包括大型跨国电气产品制造商、全球所有位于前十位的PC/工作站/大型计算机制造商、所有主要的电信交换设备和网络设备制造商、所有主要的半导体制造商以及航空航天及军事领域内最主要的供应商。
   
  FLOMERICS公司在全球40几个国家和地区都有分支机构或分销商从事市场与技术支持,其中英国、美国、法国、德国、意大利、瑞典、中国、日本、韩国、新加坡、印度等地区都拥有全资分支机构,覆盖了全球所有主要的电子生产、研发地区。