1 Ansys Maxwell UDP參數化建模

開展設計優化是電機、電磁閥等低頻電磁設備研發階段的重要工作之一，進行精確優化設計的先決條件是要有一個高質量的幾何參數化模型。Ansys Maxwell支持多種幾何參數化建模方法，其中UDPs(User Defined Primitives)是非常有特色的一種方法。UDP具有以下幾點特點。

(1) 便于參數化設置，模型更新速度快，執行效率高；

(2) 一個UDP一般具有多種不同輸出模式，例如電機轉子UDP可以得到轉子沖片、永磁體、永磁體槽、轉子計算域等模型，建模方便；

(3) 兩個UDP之間可以進行布爾操作，這意味著可以通過不同UDP排列組合得到非常復雜的幾何模型；

(4) 使用UDP可以提高團隊的工作效率，企業中往往有多名設計師，大家采用同一套UDP模型可以大大減小溝通成本，也有利于將團隊設計經驗固化下來。

Maxwell的UDPs模型庫內置了豐富的UDPs(User Defined Primitives)模型庫，涵蓋了常見結構的電機定、轉子、線圈、機殼等模型，如下圖所示。

UDPs(User Defined Primitives)模型庫

UDPs模型支持2D和3D建模，UDPs模型的幾何尺寸可設置為函數表達式實現參數化建模，使用方法Draw>>User DefinedPrimitive>>RMxprt，如下圖所示。

UDPs使用方法

同一個UDP模型可通過InfoCore參數，分別創建沖片、永磁體、永磁體槽、求解域等幾何模型。

InfoCore參數選項如下圖所示。

InfoCore參數選項

InforCore=0、InforCore=1、InforCore=2所表示的模型如下圖所示。



InforCore=0



InforCore=1



InforCore=2

InfoCore參數模型

2 V Shape IPM Rotor UDP

Ansys 中國低頻技術團隊針對新能源汽車電機定制化開發UDP(V Shape IPM Rotor)，該UDP支持Maxwell 2D/3D，包含36個參數，同時支持分別創建沖片、永磁體、永磁體槽、轉子表面輔助槽，用戶可通過多個UDP布爾操作可得到雙V、多V、雙一、V一等復雜拓撲結構。

UDP包含的36個參數如下圖所示。

UDP包含的36個參數

繪制的UDP模型如下圖所示。

UDP模型

UDP的使用方法如下。

將V_Shape_IPM_Rotor.py 復制到以下任意路徑。

C:Users用戶名DocumentsAnsoftPersonalLibUserDefinedPrimitives

C:Program FilesAnsysEMv222Win64syslibUserDefinedPrimitives(注：2022R2有bug，必須放到syslib中)

首次安裝需執行Draw>>UserDefined Primitives>>Update Menu更新菜單，使用時執行Draw>>User DefinedPrimitives>>(PersonalLib)>>V_Shape_IPM_Rotor即可。

Update Menu更新

使用方法

V Shape IPM Rotor UDP參數示意圖如下圖所示。

V Shape IPM Rotor UDP參數示意圖

V Shape IPM Rotor UDP對應的參數如下表所示。

V Shape IPM Rotor UDP對應參數

Fractions=1對應的模型如下圖所示。

Fractions=1

InforCore=0對應的模型如下圖所示。

InforCore=0

InforCore=1對應的模型如下圖所示。

InforCore=1

InforCore=2對應的模型如下圖所示。

InforCore=2

InforCore=3對應的模型如下圖所示。

InforCore=3

3 V Shape IPM Rotor UDP應用Tips

V_Angle參數可以設置為>=180deg，將某些參數設置為0即可隱藏對應的幾何特征。以下為三種參數組合對應的轉子模型。

參數組合1

參數組合2

參數組合3

利用多個UDP排列組合得到更多轉子結構拓撲，如雙V、多V及V一等。創建V一模型步驟如下。

Step1：建立UDP1_rotor，使得InforCore=0。

UDP1_rotor (InforCore=0)

Step2：復制UDP1_rotor重命名為UDP1_magnet，并將InforCore改為1。

重命名為UDP1_magnet(將InforCore改為1)

Step3：建立UDP2_duct，將InforCore改為2。

建立UDP2_duct(InforCore改為2)

Step4：用UDP1_rotor減去UDP2_duct。

UDP1_rotor減去UDP2_duct

Step5：復制UDP2_duct重命名為UDP2_magnet，并將InforCore改為1。

重命名UDP2_magnet(InforCore改為1)

V一模型對應的結構樹模型如下圖所示。

結構樹模型

當設置了轉子表面輔助槽Notch時，由于氣隙不規則，Maxwell 的默認剖分設置有一定機率會報錯，解決方法如下。

添加一個Airgap對象，半徑與定子內徑相同，再添加一個notch對象，二者材料均設置為真空。同時對Band、Airgap加密剖分，網格設置為氣隙長度的一半，得到4層網格，notch也可適當加密網格。

加密剖分

建議在Maxwell 3D中盡量開啟CylindricalGap>>Clone Mesh，并將氣隙網格設置為4層。

Clone Mesh

氣隙網格設置為4層

在使用UDP時，我們提醒用戶注意如下幾點。

(1)建議設置參數時，每修改完一個點一下應用按鈕，便于更早發現錯誤；

(2) 建議首先將所有fillet過渡圓半徑參數改為0mm，等其他參數確認無誤后，再設置fillet；

(3) 在優化設計時，不要將0包括在變量的參數化取值范圍內，否則可能導致模型出錯；

(4) 為了確保磁鋼和磁鋼槽不干涉，此UDP沒有將磁鋼長度作為可直接定義的尺寸參數，而是使其跟隨磁鋼槽長度自動變化，但用戶依然可利用Magnet_Lip_in和Magnet_Lip_out間接調整磁鋼長度；

(5) 如果不需要轉子表面輔助槽，將所有Notch開頭參數設置為0。

4總結

V Shape IPM Rotor UDP是針對新能源汽車電機定制化開發UDP，該UDP支持Maxwell 2D/3D，包含36個參數，同時支持支持分別創建沖片、永磁體、永磁體槽、轉子表面輔助槽，用戶可通過多個UDP布爾操作可得到雙V、多V、雙一、V一等復雜拓撲結構，為新能源電機的優化設計提供了高質量的幾何參數化模型。

審核編輯：劉清