一種電機設計用工具軟件的應用分析

重慶水利電力職業技術學院 楊 紅 李 波

重慶賽力盟電機有限責任公司 白金山

一種電機設計用工具軟件的應用分析

重慶水利電力職業技術學院 楊 紅 李 波

重慶賽力盟電機有限責任公司 白金山

文章介紹了一種電機設計用工具軟件—交流電機的定子成型線圈設計軟件。詳細分析和闡述了該軟件的設計原則、實現過程和設計使用特點。同時，結合某企業的試用情況，直觀展示了該軟件的實際應用效果。使用實踐證明：用該軟件來輔助設計交流電機的定子成型線圈，使設計的定子線圈更加直觀準確（三維效果），設計的效率及質量明顯提高，設計風險大大降低，能解決目前交流電機定子成型線圈從設計到制造過程中存在的部分問題，值得同行借鑒和推廣。

交流電機；定子成型線圈；三維設計；程序

1.引言

目前，多數電機生產企業的交流電機高低壓定子成型線圈設計均采用的是0CD.150.194《交流電機定子成型線圈計算程序》，其設計特點是手工計算和輔助作圖相結合的方法。該程序的缺點是計算比較復雜，設計工作量大，易出錯，也不直觀。設計不當常常發生線圈嵌不下或材料浪費的情況，如：端部斜邊間隙小，無法綁扎；按圖紙提供的梭形尺寸繞制的線圈，張形后尺寸有的超長造成浪費。由于成形線圈本身就是空間高度抽象的一種實體，前述問題出現時，由于沒有有力的輔助工具（三維軟件）加以分析，很難找到問題的根源。常規的做法只能是在圖紙設計和工藝設計完成后先由車間試制出線圈，根據產品試制情況調整設計圖紙后，再正式進行生產，這樣的處理流程使得生產周期加長，不經濟，嚴重影響了企業的生產效益。因此，新的電機輔助設計軟件應運而生。在此，本文將介紹一種新型的電機輔助設計工具軟件，該軟件是利用PowerBuilder軟件進行編程來實現自動計算，達到只需輸入幾個簡單的設計數據，程序便能自動計算線圈尺寸，生成線圈草圖，并可通過數據接口文件驅動INTERTOR中的參數化線圈模型，生成三維效果圖。使得設計的定子線圈直觀準確，與過去的設計軟件相比，設計效率及設計質量明顯提高，設計風險大大降低。還能解決目前交流電機定子成型線圈從設計到制造過程中存在的部分問題，值得推廣使用。

2.軟件功能特點

本款電機設計工具軟件利用Power-Builder進行程序自動計算的開發，將《交流電機定子成型線圈計算程序》公式、查表與手工作圖進行了混合編程。將原手工程序中的公式、查表等環節直接編程，對手工作圖部分通過構造輔助線，再運用平面解析幾何的知識進行公式化處理并編程，最終實現自動計算線圈參數的功能。利用PowerBuilder的圖形界面功能生成定子線圈的模擬草圖，同時生成與三維設計軟件的接口數據文件transition.xls。同時，再基于AUTODESKINVENTOR平臺，利用INVENTOR進行電機線圈參數化驅動的三維建模，再通過調用接口數據文件transition.xls，INVENTOR會自動生成單支結圈及嵌線效果的三維模型，很直觀的呈現線圈裝配后的效果。這樣便于檢查設計是否合理，比如干涉檢查等，并可不斷的進行優化改進設計，最終可以生成工程圖，線圈的設計效率、設計質量都能得到保證和提高。

3.軟件的使用方法及效果

基于PowerBuilder軟件編程的線圈自動計算程序的所有參數定義及計算過程均與以前使用的《0CD.150.194》規范保持一致，設計人員使用起來很方便，沒有陌生感。該程序的輸入及自動計算界面如圖1所示，生成的定子線圈的模擬草圖如圖2所示。

接口數據文件transition.xls中的參數表是自動計算程序與生成三維模型之間的橋梁，由線圈計算程序自動產生，參數表內容示例如表1。

表1 線圈建模參數示例表

在INVENTOR設計平臺下，打開已建好的參量化驅動的線圈模型見圖3所示。

更改模型引用的參數表（transition.xls）后，再執行“更新”命令，則線圈模型將自動產生我們所需要的線圈三維模型，同時，由于INVENTOR的關聯性，設計好的線圈最終的2D工程圖所需參數也隨之改變，最終由該2D工程圖來指導車間工人進行生產和嵌線，從而實現參數化建模的目的。

表2 某電機廠部分產品設計結果表

圖1 線圈自動計算輸入界面圖

圖2 定子線圈的模擬草圖

圖3 線圈模型圖

圖4 線圈嵌線的最終效果圖

程序還給用戶建立了線圈嵌線的最終效果圖，只需執行更新命令，即可生成新的3D效果圖，如圖4所示。通過此圖，可以檢測嵌線的間距是否富余，端部是否產生干涉，是否有進行調整的必要等問題，使用戶更直觀、更方便地進行優化設計，以達到節材和優化的目的。

本程序的線圈計算及三維作圖依據0CD.150.194《交流電機定子成型線圈計算程序》。線圈絕緣參考當前使用的絕緣規范。下表2是某電機廠在部分產品設計中試用的情況（設計值與實測值對比）。從表2數據可以看出，運用本軟件程序進行的計算和優化設計達到了工程技術指標的要求。

從以上使用過程及效果可以看出，該軟件使用操作簡單，設計工作量小，設計質量較過去明顯提高，線圈的直觀性好。

4.結論

本文介紹的電機設計用工具軟件其設計技術指標完全滿足OCD.150.194《交流電機定子成型線圈計算程序》的要求。從使用過程及效果可以看出，本設計軟件包的線圈自動計算功能與3D模型的完美結合，大大節約了工程師在線圈出圖上的工作量，將繁瑣、重復性的畫圖工作交給程序處理，使得工程師有更多的時間用于創新性設計和優化設計。通過某企業的試用實踐證明，該軟件的使用不僅能整體提升交流電機定成型線圈的設計水平，同時在節材方面和工效方面也有很大的改善和提高，為企業實現最大化經濟利益提供了有力保障。目前該軟件經過大半年的試用后，已在某電機生產廠家的產品設計中廣泛應用，使用效果良好，達到了預期目的，值得同行推薦和使用。

[1]陳世坤.電機設計[M].機械工業出版社,1997.

[2]黃國治,傅豐禮.中小旋轉電機設計手冊[M].中國電力出版社,2007.

[3]張顯全,蔣聯源,唐振軍.基于PowerBuilder的軟件重用研究[J].微計算機信息,2006,18.