1 Ansys Maxwell UDP參數(shù)化建模

開(kāi)展設(shè)計(jì)優(yōu)化是電機(jī)、電磁閥等低頻電磁設(shè)備研發(fā)階段的重要工作之一，進(jìn)行精確優(yōu)化設(shè)計(jì)的先決條件是要有一個(gè)高質(zhì)量的幾何參數(shù)化模型。Ansys Maxwell支持多種幾何參數(shù)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(diǎn)特點(diǎn)。

(1) 便于參數(shù)化設(shè)置，模型更新速度快，執(zhí)行效率高；

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

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

(4) 使用UDP可以提高團(tuán)隊(duì)的工作效率，企業(yè)中往往有多名設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)固化下來(lái)。

Maxwell的UDPs模型庫(kù)內(nèi)置了豐富的UDPs(User Defined Primitives)模型庫(kù)，涵蓋了常見(jiàn)結(jié)構(gòu)的電機(jī)定、轉(zhuǎn)子、線圈、機(jī)殼等模型，如下圖所示。

UDPs(User Defined Primitives)模型庫(kù)

UDPs模型支持2D和3D建模，UDPs模型的幾何尺寸可設(shè)置為函數(shù)表達(dá)式實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，使用方法Draw>>User DefinedPrimitive>>RMxprt，如下圖所示。

UDPs使用方法

同一個(gè)UDP模型可通過(guò)InfoCore參數(shù)，分別創(chuàng)建沖片、永磁體、永磁體槽、求解域等幾何模型。

InfoCore參數(shù)選項(xiàng)如下圖所示。

InfoCore參數(shù)選項(xiàng)

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(shù)模型

2 V Shape IPM Rotor UDP

Ansys 中國(guó)低頻技術(shù)團(tuán)隊(duì)針對(duì)新能源汽車(chē)電機(jī)定制化開(kāi)發(fā)UDP(V Shape IPM Rotor)，該UDP支持Maxwell 2D/3D，包含36個(gè)參數(shù)，同時(shí)支持分別創(chuàng)建沖片、永磁體、永磁體槽、轉(zhuǎn)子表面輔助槽，用戶可通過(guò)多個(gè)UDP布爾操作可得到雙V、多V、雙一、V一等復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

UDP包含的36個(gè)參數(shù)如下圖所示。

UDP包含的36個(gè)參數(shù)

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(fù)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(zhí)行Draw>>UserDefined Primitives>>Update Menu更新菜單，使用時(shí)執(zhí)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(shù)示意圖如下圖所示。

V Shape IPM Rotor UDP參數(shù)示意圖

V Shape IPM Rotor UDP對(duì)應(yīng)的參數(shù)如下表所示。

V Shape IPM Rotor UDP對(duì)應(yīng)參數(shù)

Fractions=1對(duì)應(yīng)的模型如下圖所示。

Fractions=1

InforCore=0對(duì)應(yīng)的模型如下圖所示。

InforCore=0

InforCore=1對(duì)應(yīng)的模型如下圖所示。

InforCore=1

InforCore=2對(duì)應(yīng)的模型如下圖所示。

InforCore=2

InforCore=3對(duì)應(yīng)的模型如下圖所示。

InforCore=3

3 V Shape IPM Rotor UDP應(yīng)用Tips

V_Angle參數(shù)可以設(shè)置為>=180deg，將某些參數(shù)設(shè)置為0即可隱藏對(duì)應(yīng)的幾何特征。以下為三種參數(shù)組合對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子模型。

參數(shù)組合1

參數(shù)組合2

參數(shù)組合3

利用多個(gè)UDP排列組合得到更多轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)拓?fù)洌珉pV、多V及V一等。創(chuàng)建V一模型步驟如下。

Step1：建立UDP1_rotor，使得InforCore=0。

UDP1_rotor (InforCore=0)

Step2：復(fù)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(fù)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(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)樹(shù)模型如下圖所示。

結(jié)構(gòu)樹(shù)模型

當(dāng)設(shè)置了轉(zhuǎn)子表面輔助槽Notch時(shí)，由于氣隙不規(guī)則，Maxwell 的默認(rèn)剖分設(shè)置有一定機(jī)率會(huì)報(bào)錯(cuò)，解決方法如下。

添加一個(gè)Airgap對(duì)象，半徑與定子內(nèi)徑相同，再添加一個(gè)notch對(duì)象，二者材料均設(shè)置為真空。同時(shí)對(duì)Band、Airgap加密剖分，網(wǎng)格設(shè)置為氣隙長(zhǎng)度的一半，得到4層網(wǎng)格，notch也可適當(dāng)加密網(wǎng)格。

加密剖分

建議在Maxwell 3D中盡量開(kāi)啟CylindricalGap>>Clone Mesh，并將氣隙網(wǎng)格設(shè)置為4層。

Clone Mesh

氣隙網(wǎng)格設(shè)置為4層

在使用UDP時(shí)，我們提醒用戶注意如下幾點(diǎn)。

(1)建議設(shè)置參數(shù)時(shí)，每修改完一個(gè)點(diǎn)一下應(yīng)用按鈕，便于更早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤；

(2) 建議首先將所有fillet過(guò)渡圓半徑參數(shù)改為0mm，等其他參數(shù)確認(rèn)無(wú)誤后，再設(shè)置fillet；

(3) 在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，不要將0包括在變量的參數(shù)化取值范圍內(nèi)，否則可能導(dǎo)致模型出錯(cuò)；

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

(5) 如果不需要轉(zhuǎn)子表面輔助槽，將所有Notch開(kāi)頭參數(shù)設(shè)置為0。

4總結(jié)

V Shape IPM Rotor UDP是針對(duì)新能源汽車(chē)電機(jī)定制化開(kāi)發(fā)UDP，該UDP支持Maxwell 2D/3D，包含36個(gè)參數(shù)，同時(shí)支持支持分別創(chuàng)建沖片、永磁體、永磁體槽、轉(zhuǎn)子表面輔助槽，用戶可通過(guò)多個(gè)UDP布爾操作可得到雙V、多V、雙一、V一等復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為新能源電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了高質(zhì)量的幾何參數(shù)化模型。

審核編輯：劉清