庞巴迪运输公司使用仿真 App 设计电感器

庞巴迪运输公司(Bombardier Transportation)是全球铁路运输解决方案提供应商，与 60 个国家的 200 个主要城市建立了合作关系。事实上，每天有超过 5 亿乘客会乘坐庞巴迪的制造的列车。这些列车的部件需要根据不同客户的要求,以及不同供应商的规格要求定制。今天我们为您介绍该公司的一位工程师如何通过一款模拟列车电感元件的仿真 App，帮助加快了设计和研发过程……

从缓慢前进到全速前进

庞巴迪运输公司的磁性组件工程师 Mateusz Rynkiewicz 通过与客户和供应商合作，确保了磁性组件符合列车的设计规范。设计要求可以基于气候要求、行业约束、客户需求和供应商反馈等。

庞巴迪运输公司的产品之一，德国的双层客车列车。图片由庞巴迪提供。

在设计这些组件时，Rynkiewicz 注意到，在每次迭代之间，供应商和客户之间来来回回可能需要 1~3 周的时间。他希望加快这一过程，并能够更快地解答同事们关于组件尺寸、损耗和质量等问题的答案。Rynkiewicz 说:“我看到了一种可能性，开发一款仿真 App 可以让我们的工程进一步发展。”

构建一个加速磁感应器设计的仿真 App

对电感元件进行建模具有挑战性，因为有很多物理现象要实现。另一个挑战来自材料供应商，他们通常不会向列车设计师提供有关产品的详细数据或参数。

三维电感器的几何模型。图片由庞巴迪运输公司的 Mateusz Rynkiewicz 提供。

Rynkiewicz 使用 COMSOL Multiphysics^®软件中内置的“App 开发器”设计了一个仿真 App，用于快速计算列车磁感应器中的磁场和传热。Rynkiewicz 能够根据电感器的全参数化模型选择特定的输入和输出，这样他就可以测试不同的变化对设计的影响，而不必每次都重新运行完整的模型。“我真的很喜欢这个 App 开发器，” Rynkiewicz 说道，“使用它你会觉得自己既是程序员，又是科学家！”

该仿真 App 包含三个选项卡:磁场计算、传热计算和报告。

磁场计算

磁场计算选项卡包括改变各种不同电感参数的输入，如铁芯宽度、铁芯绕组材料和线圈的匝数。

电感器仿真 App 显示了电感器中磁通密度的计算结果。图片由庞巴迪运输公司的 Mateusz Rynkiewicz 提供。

这个仿真 App 的结果包括如上图所示的电感器内磁场分布和大小的三维结果图，以及距离电感器 600mm 以下的磁感应密度平均值的二维图。

仿真 App 显示了 600mm 处的磁通密度模。图片由庞巴迪运输公司的 Mateusz Rynkiewicz 提供。

磁通密度模对庞巴迪的客户尤其重要，因为它是一种工业限制，对于携带心脏起搏器的乘客，过高的磁通密度会对其造成伤害。

传热计算

导热计算选项卡使 Rynkiewicz 能够检查电感设计的热点和平均温度。“在我们的业务中，我们需要检查组件中最热的地方，并在列车运行期间监控它。”他说道。这部分仿真App的一个重要输入参数是基于客户所在地天气的环境温度。例如，为新加坡的列车设计的电感器与为英国设计的电感器有不同的要求。

仿真 App 显示感应器的热点。图片由庞巴迪运输公司的 Mateusz Rynkiewicz 提供。

气流方向和气流大小是电感设计中的一个重要因素。有时电感器由风扇的空气冷却,有时是自然冷却的。

这个仿真 App 显示了感应器周围的速度大小。图片由庞巴迪运输公司的 Mateusz Rynkiewicz 提供。

仿真有益于产品开发

庞巴迪运输公司的仿真 App 为不同电感器设计提供了宝贵的预览，使工程团队之间的迭代反馈更快。

在许多情况下，电感估计可以帮助供应商节省很多天的预测数据。通过使用仿真App提供的数据作为临时参数，他们可以在等待供应商的实际数据到达的同时继续工作。在许多情况下，这种策略节省了大量时间，并有助于简化开发过程。那么，这样做产生效果如何呢？它可以使得客户满意，供应商满意，以及世界各地数以百万计的旅客安全、快捷地到达目的地。

了解关于构建和部署仿真 App 的更多信息

• 观看一段 2 分钟的视频，了解使用 COMSOL^®软件构建和部署仿真 App的简介
• 找出COMSOL 客户使用仿真 App 的 7 个原因

编者注:这篇博客发布时，庞巴迪运输公司是庞巴迪公司的一个部门。2021年1月，庞巴迪运输公司被阿尔斯通公司收购。