[发明专利]一种计及非对称性的螺线管线圈电磁场数值计算方法

说明书

一种计及非对称性的螺线管线圈电磁场数值计算方法，利用微元法，分别将轴对称线圈模型的线圈和螺线管线圈划分为导线微元；比较轴对称线圈模型和螺线管线圈模型，得到螺线管线圈的导线微元与轴对称线圈的导线微元的夹角；计算螺线管线圈绕制的导线的斜率；通过轴对称线圈的激励电流再叠加轴向激励电流，等效计算螺线管线圈绕制时的非对称性对电磁场的影响；计算轴向激励电流，计算螺线管线圈的激励电流的大小与轴对称线圈的激励电流的比例系数，结合结合轴对称线圈的激励电流和比例系数，计算螺线管线圈的电磁场。本发明解决了绕制型螺线管线圈中的非对称模型所产生的误差问题，考虑了螺线管线圈的不对称性，计算结果更精确。

技术领域

本发明属于电磁场数值计算领域，具体涉及一种计及非对称性的螺线管线圈电磁场数值计算方法。

背景技术

螺线管线圈大量应用于电气、舰船以及雷达等各种领域的设备上，而目前针对螺线管线圈电磁场数值计算模型存在较多不足，无法满足工艺上的要求，故而对它所产生的电磁场进行精确计算和求解，其意义重大。

据文献可见现有方法无论是理论方法还是有限元方法都存在下列不足：1、理论方法上，依靠解析法仅可对如中心点或对称轴等区域进行电磁场的求解；2、目前的有限元数值计算模型，普遍都是用的二维轴对称模型，没有考虑螺线管线圈的不对称性，少量使用的三维模型也是对称模型等效的；3、少量使用不对称模型进行电磁场数值计算的，则存在建模困难，气隙网格不易划分，求解不易收敛，计算量较大，计算时间长，对计算机性能要求较高等问题。

例如，在电力设备中螺线管线圈应用较多，提高它的电磁场数值计算精度对于缩短相关电力设备的研发周期，提高轻合金材料的应用范围，减少投入等方面具有重大意义。故对非对称螺线管线圈电磁场数值计算三维模型的修正，对提高中国的制造技术具有极大的意义。

目前螺线管线圈电磁场的数值计算应用最多的模型为二维轴对称仿真模型。虽然使用精度相对较高的全耦合方式，但忽略了螺线管线圈的非对称性，依然会产生较大的误差问题。现有的电磁成形专利，如公开号为CN103406418A的中国专利“径向与轴向双向加载式金属管件电磁成形方法及装置”公开的螺线管线圈的电磁场数值计算部分就将线圈等效为轴对称模型，利用有限元软件搭建二分之一模型，忽略了螺线管线圈固有的不对称性，导致计算结果存在较大的误差。

因此，研究一种解决非对称性问题的螺线管线圈电磁场数值计算方法，为绕制型螺线管线圈电磁场数值计算模型提供较为精确的结果和求解效率，为大型电气、舰船以及雷达等设备的研发中，提供精确的电磁场计算结果，缩短设备的研发周期。

发明内容

本发明的技术问题是螺线管线圈的电磁场数值计算的现有技术中普遍没有考虑线圈的非对称性，少量考虑线圈非对称性的模型存在建模困难、求解不易收敛、计算量大、计算时间长、对计算机性能要求高的问题。

本发明的目的针对技术问题，提供一种计及非对称性的螺线管线圈电磁场数值计算方法，为绕制型螺线管线圈电磁场数值计算模型提供较为精确的结果和求解效率。

本发明的技术方案是一种计及非对称性的螺线管线圈电磁场数值计算方法，包括以下步骤，

步骤1：利用微元法，分别将螺线管线圈和轴对称线圈划分为导线微元；

步骤2：比较轴对称线圈模型和螺线管线圈模型，得到螺线管线圈的导线微元与轴对称线圈的导线微元的夹角θ；

步骤3：计算螺线管线圈绕制的导线的斜率α，α＝tanθ；