电机电磁设计与三维CAD软件间的接口开发

2013-05-25 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

研究了电机电磁设计软件RMxprt与三维CAD软件SolidWorks间的接口开发的原理及方法.针对常用的三相异步电机的各种槽形尺寸及其结构型式,采用Visual Basic编程提取电磁计算软件RMxprt的计算结果中有关的几何尺寸,并对SolidWorks进行二次开发,自动生成定子、转子的三维参数化零件.本研究成果是规划中的电机智能化集成设计平台的功能之一.

施洪生滕健张奕黄高培庆来源:万方数据
关键字:三维CAD SolidWorks 电磁设计接口设备

0引言

电机设计一般由电磁设计和机械结构设计两部分组成。随着计算机技术的不断发展,电机CAD蓬勃兴起,在科研、生产中得到了大量应用。国内外出现了大量关于电机CAD的软件,有电磁计算的,也有基于AutoCAD开发的电机图形绘制系统。广州电器科学研究所开发的电机CAD系统,将异步电机电磁设计分析计算程序、电机工程数据库和绘图软件集成为一体,开创了中小型电机CAD集成系统的先河.
随着三维CAD软件的迅猛发展,由于其特征建模技术和设计过程的全相关技术的应用,较二维CAD软件具有更直观、设计更改更快捷等优势,必将成为今后CAD软件二次开发的主流。文献[4]在SolidWorks中进行二次开发实现了部分电机参数化零件库的工作,极大地方便了用户。目前,多数企业的机械结构设计还停留在非参数化的二维软件AutoCAD上,重复性工作量大,效率非常低,而且容易出错。因此,建立电机结构的参数化设计和零件库系统,将大幅度提高设计效率,减轻劳动强度,加快产品的开发周期。
本文论述电磁设计软件RMxprt和三维CAD软件SolidWorks的数据传输原理,针对电机定转子冲片的各结构特征实现相应的开发方案,是规划中的电机智能化集成设计平台的功能之一。

1软件简介

1.1 RMxprt简介

RMxprt是美国Ansoft公司的旋转电机设计模块。Ansoft公司的机电系统设计解决方案提供了完整的设计分析环境,将电磁场、电路和系统工程有机结合,可应用于电力电子和传动系统及各类电磁设备。 RMxprt能快速计算出旋转电机的性能指标,设计者可评估各项参数对电机顺利运行的重要程度,同时也可让软件帮助客户得到一个优化设计方案。
设计者可单独使用RMxprt,也可将其与Ansoft的电磁场分析软件Maxwell,以及电力电子及驱动仿真软件SIMPLORER一同作为整体设计解决方案。RMxprt可自动为Maxwell产品提供几何尺寸和求解问题所需定义的数据。设计者可在Maxwell中对电机作更进一步研究,从而获得更详细的电机性能特性。此外,RMxprt能自动产生一个状态空间模型,设计者可直接将这个模型导人SIMPLORER中。联合RMxprt和SIMPLORER,可使用户根据特定的电机调节系统控制参数,从而保证电机按照指定方式运行于设计系统中。

1.2 SolidWorks简介

SolidsWorks软件是通用的三维CAD系统,它以参数化和特征建模技术,为技术人员提供了良好的设计环境。该软件操作简单,功能强大,容易上手,得到了业界广大工程师的一致认可。SolidWorks,提供了VC,VB等多种开发环境和丰富的API函数库。但是对于特定专业的一些特殊要求,利用SolidWorks,现有的功能模块还不能实现,所以有必要对其进行二次开发。

2开发原理

2.1概述

电机设计软件RMxprt的完整方案保存在后缀为.res的文件中。它是一个文本文件,其中包含电机许多重要的几何参数,如定转子冲片的槽形数据、内外径、槽数、通风孔数据等。根据这些几何参数,可基本确定定转子冲片的形状和尺寸。
通过VB的文件和字符串处理技术,将文本文件中相关的定子、转子槽形,以及内、外径等尺寸数据提取出来,进行尺寸的处理,如尺寸的分析、单位的统一等。然后使用SolidWorks二次开发工具VB,获得SolidWorks的API应用程序接口的控制,就可将数据读取到SolidWorks中,进行零件尺寸的修改;并根据需要进行槽的阵列、通风孔的压缩与否、记号槽和键槽的定制等功能,重新建立三维实体模型,自动生成所需的零件模型,无需人为干预。

2.2形状分析

电机定转子冲片的结构一般由呈圆周均布的槽形,中间有孔,附加有键槽、定位槽、记号槽、通风孔等细小结构组成。这些结构基本上都已经标准化了,异步电机中常用的仅有限的几种。
RMxprt中支持的定转子槽型如图1、图2所示。决定定子槽型尺寸的参数有Hs0、Hs1、Hs2、Bs0、Bs1、Bs2、Rs;决定转子槽型尺寸的参数有Hr0、Hr1、Hr2、Br0、Br1、Br2、Rr.

电机电磁设计与三维CAD软件间的接口开发+有限元仿真分析相关图片图片1

2. 3不同特征的生成方法

电机电磁设计与三维CAD软件间的接口开发+有限元仿真分析相关图片图片2

在电机设计中,定转子冲片几乎大同小异,变化的是槽的类型和数量、通风孔的有无、记号槽及定位槽的形状和个数等。SolidWorks是参数化的系统,通过VB编程可以获得零件的每一个尺寸并可以修改。针对这些不同的特征,在SolidWorks。二次开发中可分别有不同的实现方法。归纳如下:
    (1)槽形、内外径等基本尺寸可以放在事先建立的零件模板文件中,圆周阵列根据输人的数据白动完成;
    (2)键槽、记号槽、定位槽等细小结构可通过自定义的方式新建;
    (3)通风孔的有无,可由特征的压缩与否实现,再根据输人的数据自动完成圆周阵列。

3软件的具体实现及结果

3.1数据提取及处理

RMxprt的结果文件是一个格式化的文本文件,所需的几何信息在某行中的位置是确定的。VB中通过ReadLine ,Left, Right , Trim等字符串处理函数,可提取出需要的数据。需要注意尺寸的单位是"inch"还是"mm",并做到统一。

3. 2 VB与SolidWorks的连接

在利用VB对SolidWorks进行二次开发时,首先要建立VB与SolidWorks的连接,创建一个SolidWorks的应用对象,格式如下:
    Dim swApp As Object
    Set swap=Create0bject
    ("S1dWorks. Application")
通过这个函数,就可以打开SolidWorks接口,调用它的API函数。

3. 3操作对象的选择

操作对象的选择是在使用SolidWorks二次开发时用得最多的一个命令。有很多命令在使用时都要先选择操作对象如尺寸、特征等。选择指定对象的方法通过SelectByID命令实现。它有许多参数,具体含义可见SolidWorks的在线帮助文档及参数。

3. 4尺寸值的修改

选中的尺寸可通过语句:Dimension. Systemvalue=新值(单位:m)来改变尺寸的数值。

3. 5通风孔有无的处理

在转子冲片中,一般有多个呈圆周排列的通风孔,但也有不带的,由需要决定。在模板文件中已经建立了通风孔的有关数据,若用户不需要通风孔,程序中将使用压缩命令EditSuppress2,将已有的通风孔压缩处理;反之,则可根据通风孔的个数在程序中自动完成圆周阵列操作。

3.6 特征阵列的处理

定子、转子都有很多个形状相同的槽,相对轴心沿圆周均布。槽形尺寸修改完成后,就需要进行特征槽的圆周阵列。FeatureCircularPattern命令可实现以所选特征、指定的轴和阵列个数等为参数完成圆周阵列。

3.7结果

图3是软件的一个界面,包括从文本文件中提取数据和槽型,以及一些细节的定制等。图4和图5为通过程序自动生成的定转子的冲片模型,其中轴向尺寸为RMxprt结果中的铁心长度,而不是冲片的实际厚度。另外,为简单起见,只简单考虑铁心的直槽。

电机电磁设计与三维CAD软件间的接口开发+有限元仿真分析相关图片图片3

电机电磁设计与三维CAD软件间的接口开发+有限元项目服务资料图图片4

4结语

本文初步实现了电机电磁设计软件RMxprt与三维CAD软件SolidWorks间的自动连接,采用VB对SolidWorks,进行二次开发,可从电磁设计的结果中提取所需的定转子冲片的几何数据,自动生成定转子的三维实体;并根据不同的结构特征提出了相应的实现方法。
本文所作的工作是规划中的电机智能化设计平台的初步成果。以后将逐步进行电机常用零部件的参数化开发,最终实现电机电磁计算、结构设计、自动绘图的集成。基于这样的设想,逐步实现电机设计的集成化、自动化、智能化。

【参考文献】
[1]关恩禄.计算机辅助电机设计[M].北京:机械工业出版社,1990.
[2]叶云岳,林友仰,计算机辅助电机优化设计与制造[M]浙江:浙江大学出版社,1998.
[3]方瑞明,胡虔生.基于网络的电机设计集成平台研究[J].东南大学学报(自然科学版),2001,31(5);1-4,
[4]母果姿,叶云岳.基于SolidWorks的电机三维CAD系统的开发[J].机电工程,2005,22 (5) :1-4.
[5]江洪,李仲兴,邢启恩.SolidWorks 2003二次开发基础与实例教程[M].北京:电子工业出版社,2003.

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