本发明专利技术公开了一种基于磁体线圈的电磁特征分析方法及系统，包括确定磁体线圈的封装形式和电流路径设计；将磁体线圈的每一匝导线作为待测导线；在待测导线中最内匝内侧至最外匝外侧之间建立参考线，输入导线电流；根据所有导线的位置、形状及电流，计算每条参考线上各点的磁场大小、方向对于每一匝导线，选取其邻近的参考线，通过插值方法近似计算磁场上的磁场分布；基于磁场分布和线圈导线上的电流强度应用安培力公式计算线圈导线上的安培力，分析局部受力平衡和力矩平衡，得到沿线圈张力与弯矩。上述方案中对于磁体线圈在设计阶段的电磁特征和受力的仿真分析，可在设计阶段进行精确计算和快速迭代，对计算内存的占用较小。对计算内存的占用较小。对计算内存的占用较小。
【技术实现步骤摘要】
一种基于磁体线圈的电磁特征分析方法及系统
[0001]本专利技术涉及电磁特征及受力的仿真分析领域，具体涉及一种基于磁体线圈的电磁特征分析方法及系统。
技术介绍
[0002]强磁场、大口径磁体的设计中，电磁性能、力学性能以及低温系统是主要的考量角度。其中电磁性能与力学性能主导了磁体的主要参数和轮廓，并对后续的冷却方式设计、导体材料选择、结构材料选择等各个方面提出进一步的要求。通常，磁体设计的做法是通过有限元仿真，需要使用专业软件并对计算资源有较高的要求，例如需要使用高性能计算机等，并且在计算过程中容易遭遇奇异点，使得计算结果失真、甚至无法收敛。而磁体设计通常需要大量的迭代以基本确定磁体的主要参数所处的范围，因此进一步提高了对人力与算力的要求。
技术实现思路
[0003]针对现有技术中的需求，本专利技术提供一种基于磁体线圈的电磁特征分析方法及系统，计算设备要求低，并且有较好的电磁计算的可靠性，一方面能够和专业仿真的电磁计算结果相比拟；另一方面在较精细的建模中避免了发散的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于磁体线圈的电磁特征分析方法，包括：确定磁体线圈的封装形式和电流路径设计；将磁体线圈的每一匝导线作为待测导线；在待测导线中最内匝内侧至最外匝外侧之间建立参考线，输入导线电流；根据所有导线的位置、形状及电流，计算每条参考线上各点的磁场大小、方向；对于每一匝导线，选取其邻近的参考线，通过插值方法近似计算线圈上的磁场分布；基于磁场分布和线圈导线上的电流强度应用安培力公式计算线圈导线上的安培力，分析局部受力平衡和力矩平衡，得到沿线圈张力与弯矩。
[0005]优选的，所述确定磁体线圈的封装形式和电流路径设计包括：使用python代码，为导线建立对象，对于可参数化的导线几何，批量创建导线，同时调用对象以访问导线各处的几何特征；其中，所述几何特征包括：位置、切向量、法向量、曲率半径。
[0006]优选的，所述每条参考线上各点的磁场大小、方向是根据所有导线的位置、形状及电流，利用毕奥
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萨伐尔定理计算获得。
[0007]进一步地，所述利用毕奥
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萨伐尔定理，根据所有导线的位置、形状及电流，计算每条参考线上各点的磁场大小、方向包括：以二维线性插值法，在计算某一匝导线上的磁场时，选取与其最接近的两条参考线，并找到距离计算位置最近的两个点，根据空间距离的关
系来近似地用参考线上磁场表示待测位置磁场。
[0008]优选的，所述通过插值方法近似计算线圈上的磁场分布包括：令待测导线位置为X，邻近两条参考线上分别有与X最近的两个点M1和M2，通过毕奥
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萨伐尔定律计算磁场为B1、B2，l1=|XM1|、l2=|XM2|，则X点的磁场分布近似表达为：。
[0009]一种基于磁体线圈的电磁特征分析系统，包括：确定模块，用于确定磁体线圈的封装形式和电流路径设计；处理模块，用于将磁体线圈的每一匝导线作为待测导线，在待测导线中最内匝内侧至最外匝外侧之间建立参考线，输入导线电流；第一计算模块，用于根据所有导线的位置、形状及电流，计算每条参考线上各点的磁场大小、方向；第二计算模块，用于对于每一匝导线，选取其邻近的参考线，通过插值方法近似计算线圈上的磁场分布；分析模块，用于基于磁场分布和线圈导线上的电流强度应用安培力公式计算线圈导线上的安培力；分析局部受力平衡和力矩平衡，得到沿线圈张力与弯矩。
[0010]优选的，所述确定模块包括：创建单元，用于使用python代码，为导线建立对象，对于可参数化的导线几何，批量创建导线；访问单元，用于调用对象方法以访问导线各处的几何特征；其中，所述几何特征包括：位置、切向量、法向量、曲率半径。
[0011]优选的，所述第一计算模块包括：位置确定单元，用于以二维线性插值法，在计算某一匝导线上的磁场时，选取与其最接近的两条参考线，并找到距离计算位置最近的两个点，根据空间距离的关系来近似地用参考线上磁场表示待测位置磁场。
[0012]优选的，所述第二计算模块包括：近似计算单元，用于令待测导线位置为X，邻近两条参考线上分别有与X最近的两个点M1和M2，通过毕奥
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萨伐尔定律计算磁场为B1、B2，l1=|XM1|、l2=|XM2|，则X点的磁场分布近似表达为：。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：本专利技术专利提出一种基于磁体线圈的电磁特征分析方法及系统，计算设备要求低，并且有较好的电磁计算的可靠性，能够和专业仿真的电磁计算结果相比拟；另外一方面是在较精细的建模中避免了发散的问题。
[0014]本专利技术方案对于磁体线圈在设计阶段的电磁特征和受力的仿真分析，可在设计阶段进行精确计算和快速迭代，对计算内存的占用较小。具有低算力消耗、快速迭代能力和避免发散的特征。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0016]图1为本专利技术提供的一种基于磁体线圈的电磁特征分析方法流程图；图2为本专利技术提供的导线与参考线空间关系示意图；图3为本专利技术提供的具有三维结构的线圈截面中参考线和导线空间关系示意图。
具体实施方式
[0017]下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0018]需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0019]本专利技术具体实施方式提出一种基于磁体线圈的电磁特征分析方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：S1确定磁体线圈的封装形式和电流路径设计；S2将磁体线圈的每一匝导线作为待测导线；在待测导线中最内匝内侧至最外匝外侧之间建立参考线，输入导线电流；S3根据所有导线的位置、形状及电流，计算每条参考线上各点的磁场大小、方向；如图2所示的是线圈磁体的一部分，其中实线表示通有电流的导线；虚线部分是与导线具有相同特征的参考线。
[0020]S4对于每一匝导线，选取其邻近的参考线，通过插值方法近似计算线圈上的磁场分布；S5基于磁场分布和线圈导线上的电流强度应用安培力公式计算线圈导线上的安培力，分析局部受力平衡和力矩平衡，得到沿线圈张力与弯矩。
[0021]步骤S1中，所述确定磁体线圈的封装形式和电流路径设计包括：使用python代码，为导线建立对象，对于可参数化的导线几何，批量创建导线，同时调用对象以访问导线各处的几何特征；其中，所述几何特征包括：位置、切向量、法向量、曲率半径。
[0022]步骤S3中，所有每条参考线上各点的磁场大小、方向是根据所有导线的位置、形状及电流可利用毕奥
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萨伐尔定理本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于磁体线圈的电磁特征分析方法，其特征在于，包括：确定磁体线圈的封装形式和电流路径设计；将磁体线圈的每一匝导线作为待测导线；在待测导线中最内匝内侧至最外匝外侧之间建立参考线，输入导线电流；根据所有导线的位置、形状及电流，计算每条参考线上各点的磁场大小、方向；对于每一匝导线，选取其邻近的参考线，通过插值方法近似计算线圈上的磁场分布；基于磁场分布和线圈导线上的电流强度应用安培力公式计算线圈导线上的安培力，分析局部受力平衡和力矩平衡，得到沿线圈张力与弯矩。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定磁体线圈的封装形式和电流路径设计包括：使用python代码，为导线建立对象，对于可参数化的导线几何，批量创建导线，同时调用对象以访问导线各处的几何特征；其中，所述几何特征包括：位置、切向量、法向量、曲率半径。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每条参考线上各点的磁场大小、方向是根据所有导线的位置、形状及电流，利用毕奥
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萨伐尔定理计算获得。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用毕奥
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萨伐尔定理，根据所有导线的位置、形状及电流，计算每条参考线上各点的磁场大小、方向包括：以二维线性插值法，在计算某一匝导线上的磁场时，选取与其最接近的两条参考线，并找到距离计算位置最近的两个点，根据空间距离的关系来近似地用参考线上磁场表示待测位置磁场。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过插值方法近似计算线圈上的磁场分布包括：令待测导线位置为X，邻近两条参考线上分别有与X最近的两个点M1和M2，通过毕奥
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萨伐尔定律计算磁场为...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵渊晟，杨钊，郭后扬，董阁，
申请(专利权)人：能量奇点能源科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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