電機(jī)電磁設(shè)計(jì)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(xùn)中心-1CAE.COM  來(lái)源:仿真在線

研究了電機(jī)電磁設(shè)計(jì)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(duì)常用的三相異步電機(jī)的各種槽形尺寸及其結(jié)構(gòu)型式,采用Visual Basic編程提取電磁計(jì)算軟件RMxprt的計(jì)算結(jié)果中有關(guān)的幾何尺寸,并對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā),自動(dòng)生成定子、轉(zhuǎn)子的三維參數(shù)化零件.本研究成果是規(guī)劃中的電機(jī)智能化集成設(shè)計(jì)平臺(tái)的功能之一.

施洪生 滕健 張奕黃 高培慶 來(lái)源:萬(wàn)方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:三維CAD SolidWorks 電磁設(shè)計(jì) 接口設(shè)備

0引言

電機(jī)設(shè)計(jì)一般由電磁設(shè)計(jì)和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分組成。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,電機(jī)CAD蓬勃興起,在科研、生產(chǎn)中得到了大量應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了大量關(guān)于電機(jī)CAD的軟件,有電磁計(jì)算的,也有基于AutoCAD開發(fā)的電機(jī)圖形繪制系統(tǒng)。廣州電器科學(xué)研究所開發(fā)的電機(jī)CAD系統(tǒng),將異步電機(jī)電磁設(shè)計(jì)分析計(jì)算程序、電機(jī)工程數(shù)據(jù)庫(kù)和繪圖軟件集成為一體,開創(chuàng)了中小型電機(jī)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(shù)和設(shè)計(jì)過(guò)程的全相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用,較二維CAD軟件具有更直觀、設(shè)計(jì)更改更快捷等優(yōu)勢(shì),必將成為今后CAD軟件二次開發(fā)的主流。文獻(xiàn)[4]在SolidWorks中進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了部分電機(jī)參數(shù)化零件庫(kù)的工作,極大地方便了用戶。目前,多數(shù)企業(yè)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還停留在非參數(shù)化的二維軟件AutoCAD上,重復(fù)性工作量大,效率非常低,而且容易出錯(cuò)。因此,建立電機(jī)結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)和零件庫(kù)系統(tǒng),將大幅度提高設(shè)計(jì)效率,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,加快產(chǎn)品的開發(fā)周期。
本文論述電磁設(shè)計(jì)軟件RMxprt和三維CAD軟件SolidWorks的數(shù)據(jù)傳輸原理,針對(duì)電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖片的各結(jié)構(gòu)特征實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的開發(fā)方案,是規(guī)劃中的電機(jī)智能化集成設(shè)計(jì)平臺(tái)的功能之一。

1軟件簡(jiǎn)介

1.1  RMxprt簡(jiǎn)介

RMxprt是美國(guó)Ansoft公司的旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)計(jì)模塊。Ansoft公司的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決方案提供了完整的設(shè)計(jì)分析環(huán)境,將電磁場(chǎng)、電路和系統(tǒng)工程有機(jī)結(jié)合,可應(yīng)用于電力電子和傳動(dòng)系統(tǒng)及各類電磁設(shè)備。 RMxprt能快速計(jì)算出旋轉(zhuǎn)電機(jī)的性能指標(biāo),設(shè)計(jì)者可評(píng)估各項(xiàng)參數(shù)對(duì)電機(jī)順利運(yùn)行的重要程度,同時(shí)也可讓軟件幫助客戶得到一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
設(shè)計(jì)者可單獨(dú)使用RMxprt,也可將其與Ansoft的電磁場(chǎng)分析軟件Maxwell,以及電力電子及驅(qū)動(dòng)仿真軟件SIMPLORER一同作為整體設(shè)計(jì)解決方案。RMxprt可自動(dòng)為Maxwell產(chǎn)品提供幾何尺寸和求解問(wèn)題所需定義的數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)者可在Maxwell中對(duì)電機(jī)作更進(jìn)一步研究,從而獲得更詳細(xì)的電機(jī)性能特性。此外,RMxprt能自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)狀態(tài)空間模型,設(shè)計(jì)者可直接將這個(gè)模型導(dǎo)人SIMPLORER中。聯(lián)合RMxprt和SIMPLORER,可使用戶根據(jù)特定的電機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制參數(shù),從而保證電機(jī)按照指定方式運(yùn)行于設(shè)計(jì)系統(tǒng)中。

1.2  SolidWorks簡(jiǎn)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(shù),為技術(shù)人員提供了良好的設(shè)計(jì)環(huán)境。該軟件操作簡(jiǎn)單,功能強(qiáng)大,容易上手,得到了業(yè)界廣大工程師的一致認(rèn)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(kù)。但是對(duì)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(shí)現(xiàn),所以有必要對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā)。

2開發(fā)原理

2.1概述
   
電機(jī)設(shè)計(jì)軟件RMxprt的完整方案保存在后綴為.res的文件中。它是一個(gè)文本文件,其中包含電機(jī)許多重要的幾何參數(shù),如定轉(zhuǎn)子沖片的槽形數(shù)據(jù)、內(nèi)外徑、槽數(shù)、通風(fēng)孔數(shù)據(jù)等。根據(jù)這些幾何參數(shù),可基本確定定轉(zhuǎn)子沖片的形狀和尺寸。
通過(guò)VB的文件和字符串處理技術(shù),將文本文件中相關(guān)的定子、轉(zhuǎn)子槽形,以及內(nèi)、外徑等尺寸數(shù)據(jù)提取出來(lái),進(jìn)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(yīng)用程序接口的控制,就可將數(shù)據(jù)讀取到SolidWorks中,進(jìn)行零件尺寸的修改;并根據(jù)需要進(jìn)行槽的陣列、通風(fēng)孔的壓縮與否、記號(hào)槽和鍵槽的定制等功能,重新建立三維實(shí)體模型,自動(dòng)生成所需的零件模型,無(wú)需人為干預(yù)。

2.2形狀分析
  
電機(jī)定轉(zhuǎn)子沖片的結(jié)構(gòu)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(hào)槽、通風(fēng)孔等細(xì)小結(jié)構(gòu)組成。這些結(jié)構(gòu)基本上都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了,異步電機(jī)中常用的僅有限的幾種。
RMxprt中支持的定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jī)設(shè)計(jì)中,定轉(zhuǎn)子沖片幾乎大同小異,變化的是槽的類型和數(shù)量、通風(fēng)孔的有無(wú)、記號(hào)槽及定位槽的形狀和個(gè)數(shù)等。SolidWorks是參數(shù)化的系統(tǒng),通過(guò)VB編程可以獲得零件的每一個(gè)尺寸并可以修改。針對(duì)這些不同的特征,在SolidWorks。二次開發(fā)中可分別有不同的實(shí)現(xiàn)方法。歸納如下:
    (1)槽形、內(nèi)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(dòng)完成;
    (2)鍵槽、記號(hào)槽、定位槽等細(xì)小結(jié)構(gòu)可通過(guò)自定義的方式新建;
    (3)通風(fēng)孔的有無(wú),可由特征的壓縮與否實(shí)現(xiàn),再根據(jù)輸人的數(shù)據(jù)自動(dòng)完成圓周陣列。

3軟件的具體實(shí)現(xiàn)及結(jié)果

3.1數(shù)據(jù)提取及處理
   
RMxprt的結(jié)果文件是一個(gè)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(guò)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(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)時(shí),首先要建立VB與SolidWorks的連接,創(chuàng)建一個(gè)SolidWorks的應(yīng)用對(duì)象,格式如下:   
    Dim swApp As Object
    Set swap=Create0bject
    ("S1dWorks. Application")
通過(guò)這個(gè)函數(shù),就可以打開SolidWorks接口,調(diào)用它的API函數(shù)。

3. 3操作對(duì)象的選擇
   
操作對(duì)象的選擇是在使用SolidWorks二次開發(fā)時(shí)用得最多的一個(gè)命令。有很多命令在使用時(shí)都要先選擇操作對(duì)象如尺寸、特征等。選擇指定對(duì)象的方法通過(guò)SelectByID命令實(shí)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(guò)語(yǔ)句:Dimension. Systemvalue=新值(單位:m)來(lái)改變尺寸的數(shù)值。

3. 5通風(fēng)孔有無(wú)的處理

在轉(zhuǎn)子沖片中,一般有多個(gè)呈圓周排列的通風(fēng)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(fēng)孔的有關(guān)數(shù)據(jù),若用戶不需要通風(fēng)孔,程序中將使用壓縮命令EditSuppress2,將已有的通風(fēng)孔壓縮處理;反之,則可根據(jù)通風(fēng)孔的個(gè)數(shù)在程序中自動(dòng)完成圓周陣列操作。

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

3.7結(jié)果

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

4結(jié)語(yǔ)

本文初步實(shí)現(xiàn)了電機(jī)電磁設(shè)計(jì)軟件RMxprt與三維CAD軟件SolidWorks間的自動(dòng)連接,采用VB對(duì)SolidWorks,進(jìn)行二次開發(fā),可從電磁設(shè)計(jì)的結(jié)果中提取所需的定轉(zhuǎn)子沖片的幾何數(shù)據(jù),自動(dòng)生成定轉(zhuǎn)子的三維實(shí)體;并根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特征提出了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方法。
本文所作的工作是規(guī)劃中的電機(jī)智能化設(shè)計(jì)平臺(tái)的初步成果。以后將逐步進(jìn)行電機(jī)常用零部件的參數(shù)化開發(fā),最終實(shí)現(xiàn)電機(jī)電磁計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、自動(dòng)繪圖的集成?；谶@樣的設(shè)想,逐步實(shí)現(xiàn)電機(jī)設(shè)計(jì)的集成化、自動(dòng)化、智能化。

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