電機電磁設計與三維CAD軟件間的接口開發(fā)

2013-05-25  by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

研究了電機電磁設計軟件RMxprt與三維CAD軟件SolidWorks間的接口開發(fā)的原理及方法.針對常用的三相異步電機的各種槽形尺寸及其結構型式,采用Visual Basic編程提取電磁計算軟件RMxprt的計算結果中有關的幾何尺寸,并對SolidWorks進行二次開發(fā),自動生成定子、轉子的三維參數(shù)化零件.本研究成果是規(guī)劃中的電機智能化集成設計平臺的功能之一.

施洪生 滕健 張奕黃 高培慶 來源:萬方數(shù)據(jù)
關鍵字:三維CAD SolidWorks 電磁設計 接口設備

0引言

電機設計一般由電磁設計和機械結構設計兩部分組成。隨著計算機技術的不斷發(fā)展,電機CAD蓬勃興起,在科研、生產中得到了大量應用。國內外出現(xiàn)了大量關于電機CAD的軟件,有電磁計算的,也有基于AutoCAD開發(fā)的電機圖形繪制系統(tǒng)。廣州電器科學研究所開發(fā)的電機CAD系統(tǒng),將異步電機電磁設計分析計算程序、電機工程數(shù)據(jù)庫和繪圖軟件集成為一體,開創(chuàng)了中小型電機CAD集成系統(tǒng)的先河.
隨著三維CAD軟件的迅猛發(fā)展,由于其特征建模技術和設計過程的全相關技術的應用,較二維CAD軟件具有更直觀、設計更改更快捷等優(yōu)勢,必將成為今后CAD軟件二次開發(fā)的主流。文獻[4]在SolidWorks中進行二次開發(fā)實現(xiàn)了部分電機參數(shù)化零件庫的工作,極大地方便了用戶。目前,多數(shù)企業(yè)的機械結構設計還停留在非參數(shù)化的二維軟件AutoCAD上,重復性工作量大,效率非常低,而且容易出錯。因此,建立電機結構的參數(shù)化設計和零件庫系統(tǒng),將大幅度提高設計效率,減輕勞動強度,加快產品的開發(fā)周期。
本文論述電磁設計軟件RMxprt和三維CAD軟件SolidWorks的數(shù)據(jù)傳輸原理,針對電機定轉子沖片的各結構特征實現(xiàn)相應的開發(fā)方案,是規(guī)劃中的電機智能化集成設計平臺的功能之一。

1軟件簡介

1.1  RMxprt簡介

RMxprt是美國Ansoft公司的旋轉電機設計模塊。Ansoft公司的機電系統(tǒng)設計解決方案提供了完整的設計分析環(huán)境,將電磁場、電路和系統(tǒng)工程有機結合,可應用于電力電子和傳動系統(tǒng)及各類電磁設備。 RMxprt能快速計算出旋轉電機的性能指標,設計者可評估各項參數(shù)對電機順利運行的重要程度,同時也可讓軟件幫助客戶得到一個優(yōu)化設計方案。
設計者可單獨使用RMxprt,也可將其與Ansoft的電磁場分析軟件Maxwell,以及電力電子及驅動仿真軟件SIMPLORER一同作為整體設計解決方案。RMxprt可自動為Maxwell產品提供幾何尺寸和求解問題所需定義的數(shù)據(jù)。設計者可在Maxwell中對電機作更進一步研究,從而獲得更詳細的電機性能特性。此外,RMxprt能自動產生一個狀態(tài)空間模型,設計者可直接將這個模型導人SIMPLORER中。聯(lián)合RMxprt和SIMPLORER,可使用戶根據(jù)特定的電機調節(jié)系統(tǒng)控制參數(shù),從而保證電機按照指定方式運行于設計系統(tǒng)中。

1.2  SolidWorks簡介
   
SolidsWorks軟件是通用的三維CAD系統(tǒng),它以參數(shù)化和特征建模技術,為技術人員提供了良好的設計環(huán)境。該軟件操作簡單,功能強大,容易上手,得到了業(yè)界廣大工程師的一致認可。SolidWorks,提供了VC,VB等多種開發(fā)環(huán)境和豐富的API函數(shù)庫。但是對于特定專業(yè)的一些特殊要求,利用SolidWorks,現(xiàn)有的功能模塊還不能實現(xiàn),所以有必要對其進行二次開發(fā)。

2開發(fā)原理

2.1概述
   
電機設計軟件RMxprt的完整方案保存在后綴為.res的文件中。它是一個文本文件,其中包含電機許多重要的幾何參數(shù),如定轉子沖片的槽形數(shù)據(jù)、內外徑、槽數(shù)、通風孔數(shù)據(jù)等。根據(jù)這些幾何參數(shù),可基本確定定轉子沖片的形狀和尺寸。
通過VB的文件和字符串處理技術,將文本文件中相關的定子、轉子槽形,以及內、外徑等尺寸數(shù)據(jù)提取出來,進行尺寸的處理,如尺寸的分析、單位的統(tǒng)一等。然后使用SolidWorks二次開發(fā)工具VB,獲得SolidWorks的API應用程序接口的控制,就可將數(shù)據(jù)讀取到SolidWorks中,進行零件尺寸的修改;并根據(jù)需要進行槽的陣列、通風孔的壓縮與否、記號槽和鍵槽的定制等功能,重新建立三維實體模型,自動生成所需的零件模型,無需人為干預。

2.2形狀分析
  
電機定轉子沖片的結構一般由呈圓周均布的槽形,中間有孔,附加有鍵槽、定位槽、記號槽、通風孔等細小結構組成。這些結構基本上都已經(jīng)標準化了,異步電機中常用的僅有限的幾種。
RMxprt中支持的定轉子槽型如圖1、圖2所示。決定定子槽型尺寸的參數(shù)有Hs0、Hs1、Hs2、Bs0、Bs1、Bs2、Rs;決定轉子槽型尺寸的參數(shù)有Hr0、Hr1、Hr2、Br0、Br1、Br2、Rr.

2. 3不同特征的生成方法
   

在電機設計中,定轉子沖片幾乎大同小異,變化的是槽的類型和數(shù)量、通風孔的有無、記號槽及定位槽的形狀和個數(shù)等。SolidWorks是參數(shù)化的系統(tǒng),通過VB編程可以獲得零件的每一個尺寸并可以修改。針對這些不同的特征,在SolidWorks。二次開發(fā)中可分別有不同的實現(xiàn)方法。歸納如下:
    (1)槽形、內外徑等基本尺寸可以放在事先建立的零件模板文件中,圓周陣列根據(jù)輸人的數(shù)據(jù)白動完成;
    (2)鍵槽、記號槽、定位槽等細小結構可通過自定義的方式新建;
    (3)通風孔的有無,可由特征的壓縮與否實現(xiàn),再根據(jù)輸人的數(shù)據(jù)自動完成圓周陣列。

3軟件的具體實現(xiàn)及結果

3.1數(shù)據(jù)提取及處理
   
RMxprt的結果文件是一個格式化的文本文件,所需的幾何信息在某行中的位置是確定的。VB中通過ReadLine ,Left, Right , Trim等字符串處理函數(shù),可提取出需要的數(shù)據(jù)。需要注意尺寸的單位是"inch"還是"mm",并做到統(tǒng)一。

3. 2  VB與SolidWorks的連接
   
在利用VB對SolidWorks進行二次開發(fā)時,首先要建立VB與SolidWorks的連接,創(chuàng)建一個SolidWorks的應用對象,格式如下:   
    Dim swApp As Object
    Set swap=Create0bject
    ("S1dWorks. Application")
通過這個函數(shù),就可以打開SolidWorks接口,調用它的API函數(shù)。

3. 3操作對象的選擇
   
操作對象的選擇是在使用SolidWorks二次開發(fā)時用得最多的一個命令。有很多命令在使用時都要先選擇操作對象如尺寸、特征等。選擇指定對象的方法通過SelectByID命令實現(xiàn)。它有許多參數(shù),具體含義可見SolidWorks的在線幫助文檔及參數(shù)。

3. 4尺寸值的修改

選中的尺寸可通過語句:Dimension. Systemvalue=新值(單位:m)來改變尺寸的數(shù)值。

3. 5通風孔有無的處理

在轉子沖片中,一般有多個呈圓周排列的通風孔,但也有不帶的,由需要決定。在模板文件中已經(jīng)建立了通風孔的有關數(shù)據(jù),若用戶不需要通風孔,程序中將使用壓縮命令EditSuppress2,將已有的通風孔壓縮處理;反之,則可根據(jù)通風孔的個數(shù)在程序中自動完成圓周陣列操作。

3.6 特征陣列的處理
   
定子、轉子都有很多個形狀相同的槽,相對軸心沿圓周均布。槽形尺寸修改完成后,就需要進行特征槽的圓周陣列。FeatureCircularPattern命令可實現(xiàn)以所選特征、指定的軸和陣列個數(shù)等為參數(shù)完成圓周陣列。

3.7結果

圖3是軟件的一個界面,包括從文本文件中提取數(shù)據(jù)和槽型,以及一些細節(jié)的定制等。圖4和圖5為通過程序自動生成的定轉子的沖片模型,其中軸向尺寸為RMxprt結果中的鐵心長度,而不是沖片的實際厚度。另外,為簡單起見,只簡單考慮鐵心的直槽。

4結語

本文初步實現(xiàn)了電機電磁設計軟件RMxprt與三維CAD軟件SolidWorks間的自動連接,采用VB對SolidWorks,進行二次開發(fā),可從電磁設計的結果中提取所需的定轉子沖片的幾何數(shù)據(jù),自動生成定轉子的三維實體;并根據(jù)不同的結構特征提出了相應的實現(xiàn)方法。
本文所作的工作是規(guī)劃中的電機智能化設計平臺的初步成果。以后將逐步進行電機常用零部件的參數(shù)化開發(fā),最終實現(xiàn)電機電磁計算、結構設計、自動繪圖的集成?；谶@樣的設想,逐步實現(xiàn)電機設計的集成化、自動化、智能化。

【參考文獻】
[1]關恩祿.計算機輔助電機設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,1990.
[2]葉云岳,林友仰,計算機輔助電機優(yōu)化設計與制造[M]浙江:浙江大學出版社,1998.
[3]方瑞明,胡虔生.基于網(wǎng)絡的電機設計集成平臺研究[J].東南大學學報(自然科學版),2001,31(5);1-4,
[4]母果姿,葉云岳.基于SolidWorks的電機三維CAD系統(tǒng)的開發(fā)[J].機電工程,2005,22 (5) :1-4.
[5]江洪,李仲興,邢啟恩.SolidWorks 2003二次開發(fā)基礎與實例教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.

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