一种生成线圈模型的方法及装置与流程

1.本技术涉及电磁领域，尤其涉及一种生成线圈模型的方法及装置。


背景技术：

2.磁悬浮系统中利用车载超导线圈与磁悬浮轨道线圈之间相对运动产生感应磁场，磁极之间同性相斥、异性相吸形成悬浮力，使得磁悬浮列车悬浮。具体地，磁悬浮列车中的车载超导磁体承受磁悬浮轨道上部发出的吸引力和下部发出的排斥力的共同作用力。其中电磁力在垂直方向的分力使车辆悬浮，在横向方向的分力使车辆导向，运动方向的分力提供磁阻。
3.目前，磁悬浮系统中电磁力计算通常基于电路悬浮数值计算方法，计算精度较低，计算速度较慢。因此，本领域急需一种可以更为精确且更为简便地推理磁悬浮系统中的电磁力的线圈模型。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本技术提供了生成线圈模型的方法及装置，用于更为精确且更为方便地推理磁悬浮系统中的电磁力。
5.为了实现上述目的，本技术实施例提供的技术方案如下：
6.本技术实施例提供了一种生成线圈模型的方法，包括：
7.构建第一线圈，第一线圈用于模拟磁悬浮系统中的车载超导线圈；
8.沿垂直于电流方向切割第一线圈，得到第一线圈的第一断面和第二断面；
9.将第一断面和第二断面设置为与电源连接，并将第一线圈的电阻设置为大于电路中串联的其他组件电阻，得到线圈模型；线圈模型用于推理磁悬浮系统的电磁力。
10.作为一种可能的实施方式，第一断面和第二断面之间的距离为线圈模型的最小网格尺寸的两倍。
11.作为一种可能的实施方式，将第一线圈的电阻设置为大于电路中串联的其他组件电阻，包括：
12.将第一线圈的电阻设置为大于500ω的电阻。
13.作为一种可能的实施方式，将第一断面和第二断面设置为与电源连接，包括：
14.将第一断面和第二断面在电路设置中设置为与电源连接。
15.作为一种可能的实施方式，还包括：
16.构建第二线圈和第三线圈；
17.沿垂直于电流方向切割第二线圈，得到第二线圈的第三断面和第四断面；沿垂直于电流方向切割第三线圈，得到第三线圈的第五断面和第六断面；
18.将第三断面和第五断面设置为连接；将第四断面和第六断面设置为连接；
19.将第二线圈和第三线圈的电阻设置为磁悬浮轨道线圈的实际电阻。
20.作为一种可能的实施方式，第三断面和第四断面之间的距离为线圈模型的最小网
格尺寸的两倍；第五断面和第六断面之间的距离为线圈模型的最小网格尺寸的两倍。
21.作为一种可能的实施方式，将第三断面和第五断面设置为连接；将第四断面和第六断面设置为连接，包括：
22.将第三断面和第五断面在电路设置中设置为相连；将第四断面和第六断面在电路设置中设置为相连。
23.作为一种可能的实施方式，磁悬浮系统中的磁悬浮轨道包含多个第二线圈和多个第三线圈，磁悬浮系统中的磁悬浮列车包含多个第一线圈。
24.根据上述提供的生成线圈模型的方法，本技术实施例还提供了一种生成线圈模型的装置，包括：
25.第一构建模块，用于构建第一线圈，第一线圈用于模拟磁悬浮系统中的车载超导线圈；
26.第一切割模块，用于沿垂直于电流方向切割第一线圈，得到第一线圈的第一断面和第二断面；
27.第一设置模块，用于将第一断面和第二断面设置为与电源连接，得到线圈模型；线圈模型用于推理磁悬浮系统的电磁力。
28.作为一种可能的实施方式，还包括：
29.第二构建模块，用于构建第二线圈和第三线圈；
30.第二切割模块，用于沿垂直于电流方向切割第二线圈，得到第二线圈的第三断面和第四断面；沿垂直于电流方向切割第三线圈，得到第三线圈的第五断面和第六断面；
31.第二设置模块，用于将第三断面和第五断面设置为连接；将第四断面和第六断面设置为连接，得到线圈模型；线圈模型用于推理磁悬浮系统的电磁力。
32.通过上述技术方案可知，本技术具有以下有益效果：
33.本技术实施例提供了一种生成线圈模型的方法，包括：构建第一线圈；沿垂直于电流方向切割第一线圈，得到第一线圈的第一断面和第二断面；将第一断面和第二断面设置为与电源连接，并将第一线圈的电阻设置为大于电路中串联的其他组件电阻，得到线圈模型；线圈模型用于推理磁悬浮系统的电磁力。
34.由此可知，本技术实施例提供的生成线圈模型的方法，通过切割第一线圈得到第一断面和第二断面，并将第一断面和第二断面与电源连接，模拟了磁悬浮系统中超导线圈的连接状态。同时，本技术实施例还将第一线圈的电阻设置为大于电路中串联的其他组件电阻。由于第一线圈的电阻阻值大于电路中其他器件的阻值，由此第一线圈中的电流受电路中其他器件的阻值变化影响较小，从而使得第一线圈中的电流可以一直保持在一个较为稳定的数值，较好地模拟了超导线圈中的恒定电流。如此，本技术实施例提供的线圈模型推理得到的磁悬浮系统的电磁力的精度较好，且线圈结构较为简单，计算速度较快。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本技术实施例提供的一种生成线圈模型的方法流程图；
37.图2为本技术实施例提供的一种“8”字线圈模型示意图；
38.图3为本技术实施例提供的一种超导线圈模型示意图；
39.图4为本技术实施例提供的一种线圈模型的示意图；
40.图5为本技术实施例提供的一种生成线圈模型的装置示意图。
具体实施方式
41.为了帮助更好地理解本技术实施例提供的方案，在介绍本技术实施例提供的方法之前，先介绍本技术实施例方案的应用的场景。
42.磁悬浮系统中利用车载超导线圈与磁悬浮轨道线圈之间相对运动产生感应磁场，磁极之间同性相斥、异性相吸形成悬浮力，使得磁悬浮列车悬浮。具体地，磁悬浮列车中的车载超导磁体承受安装在磁悬浮轨道8字线圈相互作用力，其包含8字线圈上部发出的吸引力和下部发出的排斥力。其中电磁力在垂直方向的分力使车辆悬浮，在横向方向的分力使车辆导向，运动方向的分力提供磁阻。
43.目前，磁悬浮系统中电磁力计算通常基于电路悬浮数值计算方法，计算精度较低，计算速度较慢。因此，本领域急需一种可以更为精确且更为简便地推理磁悬浮系统中的电磁力的线圈模型。
44.本技术实施例提供了一种生成线圈模型的方法，包括：构建第一线圈；沿垂直于电流方向切割第一线圈，得到第一线圈的第一断面和第二断面；将第一断面和第二断面设置为与电源连接，并将第一线圈的电阻设置为大于电路中串联的其他组件电阻，得到线圈模型；线圈模型用于推理磁悬浮系统的电磁力。
45.由此可知，本技术实施例提供的生成线圈模型的方法，通过切割第一线圈得到第一断面和第二断面，并将第一断面和第二断面与电源连接，模拟了磁悬浮系统中超导线圈的连接状态。同时，本技术实施例还将第一线圈的电阻设置为大于电路中串联的其他组件电阻。如此，本技术实施的线圈模型中，由于第一线圈的电阻阻值大于电路中其他器件的阻值，由此第一线圈中的电流受电路中其他器件的阻值变化影响较小，从而使得第一线圈中的电流可以一直保持在一个较为稳定的数值，较好地模拟了超导线圈中的恒定电流。
46.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术实施例作进一步详细的说明。
47.参见图1，该图为本技术实施例提供的一种生成线圈模型的方法流程图。
48.如图1所示，本技术实施例提供的生成线圈模型的方法，包括：
49.s101：构建第一线圈，第一线圈用于模拟磁悬浮系统中的超导线圈。
50.s102：沿垂直于电流方向切割第一线圈，得到第一线圈的第一断面和第二断面。
51.s103：将第一断面和第二断面设置为与电源连接，并将第一线圈的电阻设置为大于电路中串联的其他组件电阻，得到线圈模型；线圈模型用于推理磁悬浮系统的电磁力。
52.为了使得超导线圈模型的模拟程度高，且根据超导线圈模型计算电磁力的过程较为简单，第一线圈中的第一断面和第二断面之间的距离可以为线圈模型最小网格尺寸的两倍。应该理解如果第一断面和第二断面之间的距离过大，则该线圈模型不能够很好地模拟车载超导线圈。而如果第一断面和第二断面之间的距离小于线圈模型的最小网格尺寸的两
倍时，则会增加线圈模型中的网格，使得计算的过程中将出现计算发散的问题，从而使得计算电磁力的速度变慢。
53.需要特别说明的是，本技术实施例中第一线圈的电阻r可以设置为一个巨大的电阻，该电阻r可以远大于电路中串联的其他组件电阻，但可以小于空气阻抗，例如第一项线圈的电阻可以为500ω以上。在实际的应用中，第一线圈的电阻r可以与模型中的线圈匝数nc相关，具体地第一线圈的电阻可以与线圈匝数的平方nc2成比例。
54.应该理解，在实际的磁悬浮系统中，第一线圈为一个电阻很低的超导线圈。但如果将本技术实施例提供的第一线圈的电子设置为一个很低的电阻，由于低电阻造成了对计算误差的敏感，模型中的小误差电压会在第一线圈上体现为很大的电流波动。因此，本技术实施例在第一线圈上同时设定了高阻值和高电源电压，模拟了超导线圈中电流的同时，还稳定了第一线圈中的电流。
55.相应地，第一线圈所连接的电源的电压可以为v＝r*mmf/nc，mmf为第一线圈的磁动势。如此，可以保证模型线圈的电流和匝数的乘积ncv/r＝mmf。在实际中第一线圈为一个无电阻的超导线圈，线圈内的电流为一个恒定的值。为了模拟超导线圈，本技术实施例中的第一线圈上的很大的电阻，和一个很大的电流，这样即使电路有其他电阻，其他电阻起的分流作用很小，可以忽略不计，如此模拟了超导线圈中的恒流电流。
56.为了更好地理解本技术实施例提供的生成线圈模型的方法，下面将结合线圈的示意图来进行介绍。
57.参见图2，该图为本技术实施例提供的一种“8”字线圈模型示意图。
58.如图2所示，本技术实施例提供的线圈模型包括第二线圈100和第三线圈200。第二线圈被切割出第三断面a和第四断面b，第三线圈被切割出第五断面a’和第六断面b’。其中，第三断面a和第五断面a’连接；第四断面b和第六断面b’连接。
59.需要说明的是，本技术实施例中将第三断面和第五断面设置为连接；将第四断面和第六断面设置为连接，包括：将第三断面和第五断面在电路设置中设置为相连；将第四断面和第六断面在电路设置中设置为相连。在生成线圈模型的过程中，可以利用仿真软件，例如comsol对线圈中的断面进行电路设置，从而使得闭环线圈可以模拟“8”字形线圈所产生的电磁力。作为一种可能的实施方式，本技术实施例提供的方法还包括：将第二线圈和第三线圈的电阻设置为磁悬浮轨道线圈中“8”字线圈的实际电阻。需要说明的是，本技术实施例并不限定第二线圈和第三线圈的具体形状，第二线圈和第三线圈的具体形状可以根据其模拟的“8”字线圈进行设置。
60.本技术实施例提供的生成线圈模型的方法，通过分别将第二线圈的断面和第三线圈的断面连接，从而使得两个线圈产生的电磁力类似于磁悬浮系统中的“8”字线圈。一方面本技术实施例通过线圈的电路设置模拟实际磁悬浮系统中结构复杂的“8”字线圈，使得通过该模型计算得到的电磁力精度较好。另一方面两个基本的线圈的结构较为简单，利用该模型推理得到电磁力的计算过程较为简单，计算速度较快。因此本技术实施例提供的线圈模型推理得到的磁悬浮系统的电磁力的精度较好，且计算过程较为简单，计算速度较快。
61.作为一种可能的实施方式，第三断面和第四断面之间的距离为线圈模型的最小网格尺寸的两倍；第五断面和第六断面之间的距离为线圈模型的最小网格尺寸的两倍。需要说明的是，在第三断面(第五断面)和第四断面(第六断面)之间的距离为线圈模型的最小网
格尺寸的两倍时，该线圈模型模拟“8”字线圈的模拟程度高，且计算过程较为简单。如果第三断面(第五断面)和第四断面(第六断面)之间的距离过大，则该线圈模型不能够很好地模拟磁悬浮系统中的“8”字线圈。而如果第三断面(第五断面)和第四断面(第六断面)之间的距离小于线圈模型的最小网格尺寸的两倍时，则会增加线圈模型中的网格，使得计算的过程中将出现计算发散的问题，从而使得计算电磁力的速度变慢。
62.需要说明的是，磁悬浮系统中的“8”字线圈通常铺设在磁悬浮轨道上，而在磁悬浮列车的两侧，还设置有超导线圈。超导线圈和“8”字线圈之间的作用力使得磁悬浮列车脱离地面悬浮。为了推理磁悬浮系统中的电磁力，本技术实施例还对磁悬浮列车两侧的超导线圈进行了仿真建模。
63.本技术实施例提供的生成线圈模型的方法还包括：构建第一线圈；沿垂直于电流方向切割第一线圈，得到第一线圈的第一断面和第二断面；将第一断面和第二断面设置为与电源连接。
64.参见图3，该图为本技术实施例提供的一种超导线圈模型示意图。
65.如图3所示，本技术实施例提供的超导线圈模型，包括第一线圈300。第一线圈300被切割出第一断面c和第二断面d。第一断面c和第二断面d分别在电路设置中设置为与电源连接。需要说明的是，本技术实施例并不限定第一线圈300的具体形状，第一线圈的具体形状可以根据其模拟的超导线圈进行设置。
66.作为一种可能的实施方式，还可以在第一线圈上设置金属壳体层，并对该金属壳体层根据实际的情况设置厚度和电导率，从而模拟在磁悬浮系统中超导线圈上的金属壳体层。通过第一线圈附近的壳体层可以计算得到磁悬浮系统中金属壳体层的电流，和超导磁体所受的电磁力等。
67.参见图4，该图为本技术实施例提供的一种线圈模型的示意图。
68.如图4所示，本技术实施例提供的线圈模型包括由第二线圈100和第三线圈200组成的“8”字线圈层，和由第一线圈300组成的超导线圈层。
69.具体地，本技术实施例中的线圈模型包括多个第二线圈100和多个第三线圈200，其中第二线圈100通过断面分别与其对应的第三线圈200连接组成“8”字线圈。多个“8”字线圈排列模拟了磁悬浮系统中的安装在磁悬浮轨道上的8字线圈。该线圈模型还包括多个第一线圈300，多个第一线圈在“8”字线圈上排列模拟了磁悬浮系统中的磁悬浮列车的超导线圈。
70.综上所述，本技术实施例提供的生成线圈模型的方法，一方面通过分别将第二线圈的断面和第三线圈的断面连接，从而使得两个线圈产生的电磁力类似于磁悬浮系统中的“8”字线圈，如此本技术实施例提供的第二线圈和第三线圈在模拟“8”字线圈的基础上，结构也较为简单。另一方面，通过将第一线圈的电阻和电压都设置为较大的值，从而使得第一线圈中保存稳定的电流，从而模拟磁悬浮系统中的超导线圈。由此可知，本技术实施例提供的线圈模型推理得到的磁悬浮系统的电磁力的精度较好，且计算过程较为简单，计算速度较快。
71.根据上述实施例提供的生成线圈模型的方法，本技术实施例还提供了一种生成线圈模型的装置。
72.参见图5，该图为本技术实施例提供的一种生成线圈模型的装置示意图。
73.如图5所示，本技术实施例提供的生成线圈模型的装置包括：
74.第一构建模块100，用于构建第一线圈，所述第一线圈用于模拟磁悬浮系统中的车载超导线圈；
75.第一切割模块200，用于沿垂直于电流方向切割所述第一线圈，得到所述第一线圈的第一断面和第二断面；
76.第一设置模块300，用于将所述第一断面和所述第二断面设置为与电源连接，得到线圈模型；所述线圈模型用于推理磁悬浮系统的电磁力。
77.由此可知，本技术实施例提供的生成线圈模型的方法，通过切割第一线圈得到第一断面和第二断面，并将第一断面和第二断面与电源连接，模拟了磁悬浮系统中超导线圈的连接状态。同时，本技术实施例还将第一线圈的电阻设置为大于电路中串联的其他组件电阻。由于第一线圈的电阻阻值大于电路中其他器件的阻值，由此第一线圈中的电流受电路中其他器件的阻值变化影响较小，从而使得第一线圈中的电流可以一直保持在一个较为稳定的数值，较好地模拟了超导线圈中的恒定电流。如此，本技术实施例提供的线圈模型推理得到的磁悬浮系统的电磁力的精度较好，且计算过程较为简单，计算速度较快。
78.通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如媒体网关等网络通信设备，等等)执行本技术各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
79.需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。
80.还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
81.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。