基于SolidWorks平台的电机虚拟设计系统的研究（二）

东东东

　　电机是一种电磁-机械能量转换装置。为研究旋转电机内能量转换的机制，必须对电机内的磁场分布(尤其是气隙磁场和槽内磁场分布)有清楚的了解。电机的运行性能取决于电机的参数和损耗。为准确地进行电机地磁路、参数、损耗和电磁力等计算，必须知道气隙、铁心、槽内、绕组端部以及某些结构部件附近的电磁场分布。因此研究电机内的电磁场对电机研制至关重要。旋转电机内的电磁场主要有以下几类：1.气隙磁场；2.铁心内的磁场；3.绕组端部的磁场；4.槽内漏磁场和凸极电机主极的极间漏磁场；5.实心转子中的电磁场。另外交流电机转子和导体中的涡流和集肤效应也是要重点关注的。
　　4.基于COSMOSFloWorks的热分析与流体分析
3 E" `; N$ G# J/ O+ J　　电机的正常运转需要合适的温度条件，受环境条件及电机自身发热及散热的影响，电机局部的温度可能会过高，影响电机的工作效率。因此热设计也是电机设计中需要考虑的一个方面。通过CAE热分析，可以准确计算转子或导体中产生的涡流，感应加热及焦耳热都可以得到。通过将电磁分析中焦耳热读入到CAE热分析中，并相应考虑好对流、传导、辐射等换热条件，可以定量得到电机在各种工作情况下的温度分布。并为电机的热优化设计提供参考。
" R0 D4 y+ F0 c% F" ?" c6 H　　采用COSMOSFloWorks可以实现设计与分析的无缝集成。在同一界面下进行协同设计，共享几何模型，结构设计工程师可以快速方便地全面分析系统的散热与电磁兼容性这一对矛盾，并得出符合二者要求的设计方案。
8 O: d/ h1 Q" {* H* A　　5.耦合场分析
　　COSMOS软件具有优秀的耦合分析功能，可以将电磁、结构、热设计综合起来考虑，并在此基础上进行优化。通过电磁分析得到焦耳热，然后可以将其加到热分析中得到结构的温度分布，同时在电磁分析得到的力力矩也可以传递给结构静力或动力分析，确定结构的静动力特性。另外还可以做电-热耦合，即稳态电流引起的焦耳热。结构振动引起的噪声问题(属于流固耦合分析)，场路耦合分析等等。为产品设计的各种要求提供全面的解决方案。
　　二、构建虚拟设计系统的突破点
　　企业的信息化建设是一个伴随企业成长的历史过程，不是一朝一夕能够建好的，应该按照“整体规划、分步实施”的原则分阶段建设。三维CAD软件是设计复用、工程分析(CAE)和数控加工(CAM)的基础，应该以SolidWorks软件的普及为突破口，理由如下：
: s6 H) j8 H; [　　(1)从产品设计的角度
% g% N, ]9 C6 p+ h3 G5 S- \$ ]　　三维CAD可以非常方便的表达工程师的设计意图，从而提高设计效率；
: s! W3 z* ]# E- S　　三维CAD的参数化技术可以提高设计成果的重用；
　　同事之间对设计意图的交流更通畅；
　　虚拟样机为创新设计提供了有力的工具；
　　虚拟样机可以消除设计错误。
　　(2)从产品分析的角度
　　产品建模占有限元分析约60%的工作量，三维CAD能为有限元分析提供所需的产品模型；
　　三维CAD为产品运动仿真提供产品模型。
; T5 z: y8 z1 ]+ c/ e, U; ]　　(3)从制造的角度
/ o0 N- M) e) A0 b5 O, u" {　　用三维CAD软件建造的产品模型可以直接输入CAM软件生成数控机床的加工代码；
　　三维CAD软件能以产品模型为基础自动设计注塑模和压铸模；
　　用三维CAD软件设计的钣金件能直接展开下料图。
1 }6 j. N9 H/ t' {　　三维CAD软件的实施是一个系统工程，长沙凯士达公司创造了一套将三维CAD软件应用到产品设计中实施哲理，根据这一哲理，确立了培育战略合作伙伴为主线的信息化建设策略。针对企业要解决的问题进行立项，和长沙凯士达公司一起工作，提出解决方案并付诸实施。具体实施策略包括：
5 _. _3 g+ I/ `  D% j* d　　(1)培训先行
3 z9 N# H! h0 ^- c　　信息化应用成功的关键是人，而不是软件，加强培训力度是成功的保证。结合实际情况，主要开展的培训有：
　　SolidWorks初级培训
　　SolidWorks高级培训
+ f9 J. W' j5 q　　SolidWorks针对企业产品特点的培训
　　(2)学以致用
( c+ M' `, H2 B& r0 z+ a　　长沙凯士达公司创造了一套将三维CAD软件应用到产品设计中的新模式——产品参数化设计导航。参照该模式，结合正在开发的产品，把三维CAD的应用和产品开发结合起来，可以在短期完成三维CAD软件的普及应用。
　　(3)项目合作
　　有限元分析的应用有一定难度，应该确定几个急需解决项目，如电机的结构分析、热分析与流体分析，与高校或专业的分析服务公司合作共同完成项目分析。合作中要作到双方参与，重点在培训企业自己的分析队伍。
　　通过科学的实施手段，企业在短期内普及了三维CAD软件的应用。
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