Desarrollo de motores EV: encontrar el éxito con la simulación multifísica

Las ventas de vehículos eléctricos (EV) de pasajeros superan los 10 millones de unidades en todo el mundo, frente a los 6,6 millones de 2021, según «The Zero-Emissions Vehicle Factbook1». En la primera mitad de 2022, más del 13 % de las ventas de automóviles nuevos en todo el mundo fueron eléctricas, en comparación con el 8,7 % de todo 2021. A medida que nuestro principal medio de transporte cambia constantemente a fuentes más ecológicas y limpias, los requisitos de innovación aumentan. Los compromisos ambientales de los fabricantes de automóviles y los gobiernos están al volante en esta era moderna de vehículos eléctricos, impulsando el desarrollo de nuevas arquitecturas de vehículos que cumplan con las expectativas de reducción de volumen y espacio, combinado con costos de productos más bajos y una mayor confiabilidad del producto.

Los desarrolladores de vehículos eléctricos están encontrando una ventaja competitiva a través de ganancias de eficiencia no solo en la nueva tecnología de paquetes de baterías y componentes electrónicos, sino también a través de nuevos desarrollos en máquinas eléctricas.

Abordar las barreras técnicas a la innovación de motores eléctricos

Durante décadas, las máquinas eléctricas han sido una parte esencial de nuestra vida diaria. Nos permiten participar en una variedad de tareas, desde cocinar e informática hasta conducir. Pero las máquinas eléctricas brindan una serie de ventajas (precisión, eficiencia y versatilidad) que vienen con una serie de desafíos de ingeniería. En un EV, estos desafíos se centran en el motor de tracción eléctrica, donde hay tantas variables a considerar, como los ciclos de manejo, la velocidad máxima, el ruido, la vibración y más. Estos pueden tener consecuencias de gran alcance para el rendimiento general del vehículo.

Considerar la fuente de ruido y vibración en un tren motriz eléctrico, por ejemplo, es un problema multifísico real. Una máquina eléctrica contiene un inversor con frecuencias altas y un motor con frecuencias bajas causado por señales eléctricas, que provoca deflexión mecánica y es la fuente de este ruido y vibración. La simulación de ingeniería ofrece la capacidad de prevenir problemas imprevistos, como ruido, vibración y aspereza (NVH), para predecir un sonido realista antes de que se construya cualquier hardware.

A medida que aumenta la competencia en el mercado de la electrificación, la matriz cada vez más compleja de objetivos de ingeniería debe abordarse dentro de ciclos de desarrollo de productos más cortos. La simulación brinda enormes beneficios que ofrecen información precisa para respaldar las evaluaciones de manera oportuna y realizar un seguimiento de cada decisión de diseño. Al integrar el análisis multifísico en el desarrollo de máquinas eléctricas, los diseñadores pueden obtener una sólida comprensión de los aspectos electromagnéticos, térmicos y mecánicos del diseño de motores.

Acercarse lo más posible a los diseños «correctos a la primera» requiere la evaluación de muchos conceptos, topologías e interacciones electrónicas diferentes entre disciplinas. Un proceso de desarrollo ágil y una estrategia sistemática de optimización del diseño son fundamentales para identificar e implementar la mejor tecnología posible de motores eléctricos que satisfaga los requisitos de eficiencia, tamaño y densidad de potencia de una aplicación. Con el software de simulación de Ansys, por ejemplo, puede ganar confianza con modelos precisos de alta fidelidad y establecer una base confiable para la toma de decisiones al equilibrar una variedad de requisitos del vehículo. Puede evaluar los conflictos con los criterios de rendimiento tan pronto como se descubran, con la posibilidad de verlos de forma independiente y conjunta en todo el rango operativo utilizando los flujos de trabajo de simulación multifísica de Ansys.

Desarrollar motores eléctricos diferenciados y competitivos en costos requiere agilidad. La simulación brinda enormes beneficios que ofrecen información precisa para respaldar las evaluaciones de manera oportuna y realizar un seguimiento de cada decisión de diseño. Los diseñadores de máquinas eléctricas pueden recurrir a métodos de simulación y modelado durante todo el ciclo de diseño, incluida la selección de materiales, la verificación a nivel del sistema y la validación. Los usuarios pueden cumplir con los objetivos de sostenibilidad y realizar prototipos virtuales de alta precisión con una selección y gestión de materiales optimizada.

Diseño Diferenciado de Motores Eléctricos con Ansys

Con las soluciones de máquinas eléctricas de Ansys, los diseñadores y los expertos en modelado pueden superar los numerosos desafíos multifísicos de objetivos múltiples en los sistemas de propulsión eléctrica EV. Con flujos de trabajo listos para usar y conocimiento integrado, pueden explorar simultáneamente un gran espacio de diseño para objetivos de rendimiento importantes como electromagnético, térmico y mecánico.

• + Ansys Motor-CAD: una herramienta de análisis y diseño de motores eléctricos dedicada que ofrece evaluaciones multifísicas rápidas y completas de los diseños.
• + Ansys Maxwell: un solucionador avanzado de simulación de campos electromagnéticos de baja frecuencia en 2D y 3D para máquinas eléctricas que captura el movimiento transitorio no lineal de los componentes mecánicos y sus efectos en el diseño del sistema de control y el circuito de accionamiento.
• + Ansys optiSLang: una solución de integración de procesos y optimización del diseño que automatiza aspectos clave del sólido proceso de optimización del diseño.
• + Ansys Granta MI: una base de datos de materiales centralizada y rastreable que combina datos patentados aprobados por la empresa con valiosos datos de referencia de materiales, lo que permite a los equipos crear, importar, visualizar y analizar rápidamente datos de materiales.