Simulation électromagnétique, structure et mécanique d'un générateur de flux axial
Secteur: Ingénierie électrique/électronique, Alimentation électrique, Construction de machines et d’installationsDiscipline: Électromagnétisme, Multiphysique, Mécanique des structuresLes générateurs à entraînement direct sont plus simples, plus compacts et plus robustes car ils ne nécessitent pas de boîte de vitesses mécanique. Les machines à flux axial utilisées par DDIS permettent également d'obtenir une densité de puissance considérablement plus élevée par rapport aux générateurs classiques à flux électromagnétique radial.
Résumé
Tâche
Dans les machines à flux axial de DDIS, des aimants permanents sont utilisés comme composants centraux. En raison de leurs propriétés électromagnétiques, ils sont exposés à des charges élevées. Par conséquent, l'effet de la force électromagnétique dans différentes conditions de fonctionnement doit être déterminé et évalué au moyen de simulations numériques.
Solution
La distribution du champ électromagnétique a été calculée avec Ansys Maxwell. Une simulation FEM non linéaire a été réalisée avec Ansys Mechanical pour déterminer les contraintes mécaniques de la structure. Le transfert de charge de l'analyse électromagnétique a été réalisé via une connexion directe entre les deux systèmes d'analyse au sein d'Ansys Workbench.
Avantages clients
Les résultats des simulations fournissent des conclusions essentielles pour le développement ultérieur du générateur. Il s'agit notamment de comprendre la conversion de la puissance mécanique en énergie électromagnétique et d'identifier les paramètres pertinents en termes de fiabilité et de durée de vie.
Si des entraînements directs sont utilisés comme générateurs, cela présente l'avantage que l'énergie électrique est produite sans engrenages mécaniques supplémentaires. Il en résulte d'autres avantages tels qu'une conception plus simple et plus compacte avec moins de composants mécaniques et donc une plus grande robustesse.
La société française DDIS a rendu le développement des générateurs encore plus compact. Leur innovation est l'utilisation d'une machine à flux axial. Par rapport aux générateurs conventionnels à flux électromagnétique radial, ils sont non seulement plus compacts, mais permettent également d'obtenir des systèmes à densité de puissance beaucoup plus élevée.
Les aimants permanents sont utilisés comme composants centraux. En raison de leurs propriétés électromagnétiques, ils sont exposés à des charges élevées. Par conséquent, l'effet de la force électromagnétique dans différentes conditions de fonctionnement doit être déterminé et évalué au moyen de simulations numériques.
Les résultats des simulations fournissent des conclusions essentielles pour le développement ultérieur du générateur. L'interaction entre le comportement électromagnétique et le comportement structurel-mécanique mérite un examen plus approfondi, car elle permet
- Aperçu de la conversion de la puissance mécanique en énergie électromagnétique,
- Découverte d'une connexion constructive optimale des aimants permanents,
- l'identification des paramètres pertinents en termes de fiabilité et de durée de vie lors de la connexion des aimants permanents.
La distribution du champ électromagnétique dans le générateur à flux axial a été analysée dans Ansys Maxwell. En se basant sur une analyse transitoire du mouvement du système, on obtient des distributions de champ magnétique en fonction de l'angle de rotation, qui sont déterminantes pour les forces magnétiques.
Une simulation FEM non linéaire avec Ansys Mechanical a été réalisée pour déterminer la charge structurelle-mécanique des composants du rotor et du stator. Le transfert de charge de l'analyse électromagnétique a été réalisé via une connexion directe des deux systèmes d'analyse au sein d'Ansys Workbench.
Dans le cadre du projet, diverses variantes de conception et de techniques d'assemblage ont été étudiées. Sur la base des résultats de ces enquêtes, des propositions visant à améliorer la fiabilité et la durée de vie du système pourraient être élaborées.
