V Shape IPM Rotor UDP使用教程

1 Ansys Maxwell UDP参数化建模

开展设计优化是电机、电磁阀等低频电磁设备研发阶段的重要工作之一，进行精确优化设计的先决条件是要有一个高质量的几何参数化模型。Ansys Maxwell支持多种几何参数化建模方法，其中UDPs(User Defined Primitives)是非常有特色的一种方法。UDP具有以下几点特点。

(1) 便于参数化设置，模型更新速度快，执行效率高；

(2) 一个UDP一般具有多种不同输出模式，例如电机转子UDP可以得到转子冲片、永磁体、永磁体槽、转子计算域等模型，建模方便；

(3) 两个UDP之间可以进行布尔操作，这意味着可以通过不同UDP排列组合得到非常复杂的几何模型；

(4) 使用UDP可以提高团队的工作效率，企业中往往有多名设计师，大家采用同一套UDP模型可以大大减小沟通成本，也有利于将团队设计经验固化下来。

Maxwell的UDPs模型库内置了丰富的UDPs(User Defined Primitives)模型库，涵盖了常见结构的电机定、转子、线圈、机壳等模型，如下图所示。

UDPs(User Defined Primitives)模型库

UDPs模型支持2D和3D建模，UDPs模型的几何尺寸可设置为函数表达式实现参数化建模，使用方法Draw>>User DefinedPrimitive>>RMxprt，如下图所示。

UDPs使用方法

同一个UDP模型可通过InfoCore参数，分别创建冲片、永磁体、永磁体槽、求解域等几何模型。

InfoCore参数选项如下图所示。

InfoCore参数选项

InforCore=0、InforCore=1、InforCore=2所表示的模型如下图所示。



InforCore=0



InforCore=1



InforCore=2

InfoCore参数模型

2 V Shape IPM Rotor UDP

Ansys 中国低频技术团队针对新能源汽车电机定制化开发UDP(V Shape IPM Rotor)，该UDP支持Maxwell 2D/3D，包含36个参数，同时支持分别创建冲片、永磁体、永磁体槽、转子表面辅助槽，用户可通过多个UDP布尔操作可得到双V、多V、双一、V一等复杂拓扑结构。

UDP包含的36个参数如下图所示。

UDP包含的36个参数

绘制的UDP模型如下图所示。

UDP模型

UDP的使用方法如下。

将V_Shape_IPM_Rotor.py 复制到以下任意路径。

C:Users用户名DocumentsAnsoftPersonalLibUserDefinedPrimitives

C:Program FilesAnsysEMv222Win64syslibUserDefinedPrimitives(注：2022R2有bug，必须放到syslib中)

首次安装需执行Draw>>UserDefined Primitives>>Update Menu更新菜单，使用时执行Draw>>User DefinedPrimitives>>(PersonalLib)>>V_Shape_IPM_Rotor即可。

Update Menu更新

使用方法

V Shape IPM Rotor UDP参数示意图如下图所示。

V Shape IPM Rotor UDP参数示意图

V Shape IPM Rotor UDP对应的参数如下表所示。

V Shape IPM Rotor UDP对应参数

编号	参数名	单位	备注
1	Outer_Diameter	mm	直径
2	Inner_Diameter	mm	直径
3	Core_Length	mm
4	Poles	-	极数，极对数*2
5	Notch_Angle	deg	电角度，机械角度*极对数
6	Notch_Offset_Angle1	deg	电角度，机械角度*极对数
7	Notch_Offset_Angle2	deg	电角度，机械角度*极对数
8	Notch_Depth	mm
9	Notch_Fillet1	mm
10	Notch_Fillet2	mm
11	Notch_Fillet3	mm
12	Magnet_Thickness	mm
13	Magnet_Gap	mm
14	Magnet_Fillet	mm
15	Magnet_Step	mm
16	V_Angle	deg	机械角度
17	Magnet_Lip_in	mm
18	Magnet_Lip_out	mm
19	CenterBrige_Width	mm
20	CenterBrige_Length	mm
21	w1	mm
22	Pole_Arc_Angle	deg	电角度，机械角度*极对数
23	h1	mm
24	OuterBrige_Width	mm
25	OuterBrige_Length	mm
26	w2	mm
27	w3	mm
28	Duct_Fillet0	mm
29	Duct_Fillet1	mm
30	Duct_Fillet2	mm
31	Duct_Fillet3	mm
32	Duct_Fillet4	mm
33	Duct_Fillet5	mm
34	Duct_Fillet6	mm
35	InfoCore	-	0：铁心；1：永磁体；2：永磁体槽；3：转子表面辅助槽
36	Fractions	-	0：一个极模型：1：完整模型

Fractions=1对应的模型如下图所示。

Fractions=1

InforCore=0对应的模型如下图所示。

InforCore=0

InforCore=1对应的模型如下图所示。

InforCore=1

InforCore=2对应的模型如下图所示。

InforCore=2

InforCore=3对应的模型如下图所示。

InforCore=3

3 V Shape IPM Rotor UDP应用Tips

V_Angle参数可以设置为>=180deg，将某些参数设置为0即可隐藏对应的几何特征。以下为三种参数组合对应的转子模型。

参数组合1

参数组合2

参数组合3

利用多个UDP排列组合得到更多转子结构拓扑，如双V、多V及V一等。创建V一模型步骤如下。

Step1：建立UDP1_rotor，使得InforCore=0。

UDP1_rotor (InforCore=0)

Step2：复制UDP1_rotor重命名为UDP1_magnet，并将InforCore改为1。

重命名为UDP1_magnet(将InforCore改为1)

Step3：建立UDP2_duct，将InforCore改为2。

建立UDP2_duct(InforCore改为2)

Step4：用UDP1_rotor减去UDP2_duct。

UDP1_rotor减去UDP2_duct

Step5：复制UDP2_duct重命名为UDP2_magnet，并将InforCore改为1。

重命名UDP2_magnet(InforCore改为1)

V一模型对应的结构树模型如下图所示。

结构树模型

当设置了转子表面辅助槽Notch时，由于气隙不规则，Maxwell 的默认剖分设置有一定机率会报错，解决方法如下。

添加一个Airgap对象，半径与定子内径相同，再添加一个notch对象，二者材料均设置为真空。同时对Band、Airgap加密剖分，网格设置为气隙长度的一半，得到4层网格，notch也可适当加密网格。

加密剖分

建议在Maxwell 3D中尽量开启CylindricalGap>>Clone Mesh，并将气隙网格设置为4层。

Clone Mesh

气隙网格设置为4层

在使用UDP时，我们提醒用户注意如下几点。

(1)建议设置参数时，每修改完一个点一下应用按钮，便于更早发现错误；

(2) 建议首先将所有fillet过渡圆半径参数改为0mm，等其他参数确认无误后，再设置fillet；

(3) 在优化设计时，不要将0包括在变量的参数化取值范围内，否则可能导致模型出错；

(4) 为了确保磁钢和磁钢槽不干涉，此UDP没有将磁钢长度作为可直接定义的尺寸参数，而是使其跟随磁钢槽长度自动变化，但用户依然可利用Magnet_Lip_in和Magnet_Lip_out间接调整磁钢长度；

(5) 如果不需要转子表面辅助槽，将所有Notch开头参数设置为0。

4 总结

V Shape IPM Rotor UDP是针对新能源汽车电机定制化开发UDP，该UDP支持Maxwell 2D/3D，包含36个参数，同时支持支持分别创建冲片、永磁体、永磁体槽、转子表面辅助槽，用户可通过多个UDP布尔操作可得到双V、多V、双一、V一等复杂拓扑结构，为新能源电机的优化设计提供了高质量的几何参数化模型。

审核编辑：刘清