[发明专利]一种热阻网络法与有限差分法结合的多匝密绕线圈温度场计算方法

权利要求书

1.一种热阻网络法与有限差分法结合的多匝密绕线圈温度场计算方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、绕制线圈时，记录线圈绕线层数n，或记录平均每层缠绕匝数，根据绕线总匝数推知线圈绕线层数n，测量绕线完毕的绕组平均外径；

步骤二、根据已知的线圈所使用的铜线参数：铜芯半径a、绝缘漆层外侧半径b判断铜线的排列方式，如果2×b×n大于步骤一中测得的绕组平均外径减去线圈骨架处的长度，则采用对齐排列方式，反之选择交错线圈排列方式；

步骤三、根据步骤二所得的铜线排列方式构建对应的热阻网络结构，将绕组部分的每匝铜线作为一个微元，温度计算的节点均为每个微元的中心；

步骤四、根据线圈图纸信息、匝数、线径参数，与线圈绕好后绕组部分所占体积对比，估算出选定铜线排列方式后铜线间平均距离d；

步骤五、计算绕组部分相邻节点间的等效热阻，其中：对齐排列方式的等效热阻包括横向热阻Rh、纵向热阻Rv和斜向热阻Ro，交错排列方式的等效热阻包括纵向热阻Rv和斜向热阻Ro；

步骤六、计算非绕组部分节点间等效热阻：横向热阻Rh与纵向热阻Rv；

步骤七、计算边界条件并转化为等效热阻，所述边界条件包括对流散热和对空间辐射散热，其中：对流散热采用公式Φ_C＝hA_f(T_f-T_w)，式中：Φ_C为对流散热的单元热流量，h为对流散热系数，T_f为散热表面温度，T_w为室温，A_f为单元散热面积；辐射散热采用公式Φ_R为对流散热的单元热流量，ε为材料发射率，σ为黑体辐射常数；

步骤八、根据线圈尺寸、线径、匝数参数选取节点并列出矩阵AT＝P，确定矩阵大小，其中：a_ij(i＝1,2,3......n，j＝1,2,3......n)为节点i到节点j的之间的等效热阻关系，p_n为第n个节点的发热功率，T_n为第n个节点的温度；

步骤九、根据步骤五～步骤七中的等效热阻值求得矩阵A；

步骤十、求解矩阵方程AT＝P，得到温度矩阵T，根据得到的温度矩阵T更新等效热阻值、对流散热系数、辐射散热系数和线圈节点发热功率，根据更新后的等效热阻值、对流散热系数、辐射散热系数和线圈节点发热功率，重新求解矩阵方程AT＝P，如此进行迭代，直至得到稳态温度。

2.根据权利要求1所述的热阻网络法与有限差分法结合的多匝密绕线圈温度场计算方法，其特征在于所述对齐排列方式为每一匝铜线的中心均与同排的其他铜线中心处于同一水平面，与同列的其他铜线中心处于同一垂直面，并且每匝线的间距相等。

3.根据权利要求1所述的热阻网络法与有限差分法结合的多匝密绕线圈温度场计算方法，其特征在于所述交错线圈排列方式为每一匝铜线的中心均与同列的其他铜线中心处于同一垂直面，与相邻列的铜线中心竖直方向上距离相差b，并且每匝线的间距相等。

4.根据权利要求1所述的热阻网络法与有限差分法结合的多匝密绕线圈温度场计算方法，其特征在于所述对齐排列方式的等效热阻计算公式如下：

Rh＝1/(1/R5+1/(R1+R2+R3))，

Rv＝1/(1/R5+1/(R1+R2+R3)+1/R7)，

Ro＝1/(1/R6+1/(R1+R2+R4))，

式中：R1为铜线内部到铜线边缘的传导热阻；R2为绝缘漆内表面到外表面的传导热阻；R3为从绝缘漆外表面穿过空气层到横向或纵向临近的绝缘漆外表面的传导热阻；R4为从绝缘漆外表面穿过空气层到斜对角临近的绝缘漆外表面的传导热阻；R5为从绝缘漆外表面穿过空气层到横向或纵向临近的绝缘漆外表面的辐射热阻；R6为从绝缘漆外表面穿过空气层到斜对角临近的绝缘漆外表面的辐射热阻；R7为一匝线圈从一端到另一端的传导热阻。