CN111881611B - 电机物理场的仿真处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机物理场的仿真处理方法及装置。其中，该方法包括：对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数，其中，网格单元为对电机的有限元模型进行网格划分后得到的单元；将损耗密度参数通过第一数据传递矩阵传递到电机的温度场，得到网格单元内的温度分布；若温度场的温度分布满足预定误差范围，并且温度场的计算周期大于预定数值，则确定温度场到达稳定状态，结束电机的电磁场与温度场之间的仿真计算流程。本发明解决了相关技术中计算电机性能时，对于电机在运行所处的物理场耦合环境下不同场间进行仿真均是跨平台完成的，导致对电机运行所在的场间仿真计算比较困难的技术问题。

Description

电机物理场的仿真处理方法及装置
技术领域
本发明涉及计算机仿真技术领域，具体而言，涉及一种电机物理场的仿真处理方法及装置。
背景技术
针对能源短缺，环境污染和全球气候变暖等问题，对高效率、低成本的电机需求持续增加。在电机设计阶段，不仅需要电机电磁性能的计算，还需要准确计算电机工作时的温升，以避免绕组超过绝缘温度造成短路故障或者永磁体温度过高发生退磁。电机在运行时处于电磁场、温度场等多物理场耦合环境下，而不同场之间的相互影响呈现双向、高度非线性等特征。目前，电机电磁场-温度场耦合分析应用最多的是不同仿真应用程序计算，如电磁计算利用成熟的商用软件Maxwell或Jmag而温度场应用最多的是CFD，并通过接口互相传递不同场间的数据达到耦合的目的，这种方法跨平台计算，复杂度高，并且对于使用者来说至少需要熟练掌握两种仿真软件。另外，有些电机电磁场-温度场耦合分析是基于二维电磁场和等效热网络模型进行计算的，但此方法只能考虑电机各个部件的平均温度，不能确定最高温度点的位置。对于耦合迭代过程，目前大都是采用瞬态电磁场和稳态温度场迭代耦合，即首先给定初始温度通过电磁仿真计算得到电磁损耗及机械损耗，通过数据文件将其传递到温度场计算稳态温度，判断得到的温度和电磁场给定温度的误差，如果误差较大改变电磁场的初始温度继续计算，如果误差在一定范围内结束计算，但是这种方法不能准确给出电机运行时的真实状况。
针对上述相关技术中计算电机性能时，对于电机在运行所处的物理场耦合环境下不同场间进行仿真均是跨平台完成的，导致对电机运行所在的场间仿真计算比较困难的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种电机物理场的仿真处理方法及装置，以至少解决相关技术中计算电机性能时，对于电机在运行所处的物理场耦合环境下不同场间进行仿真均是跨平台完成的，导致对电机运行所在的场间仿真计算比较困难的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电机物理场的仿真处理方法，包括：对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数，其中，所述网格单元为对所述电机的有限元模型进行网格划分后得到的单元；将所述损耗密度参数通过第一数据传递矩阵传递到所述电机的温度场，得到所述网格单元内的温度分布；若所述温度场的温度分布满足预定误差范围，并且所述温度场的计算周期大于预定数值，则确定所述温度场到达稳定状态，结束所述电机的电磁场与温度场之间的仿真计算流程。
可选地，在对电机的电磁场进行仿真之前，该电机物理场的仿真处理方法还包括：生成所述电机对应的电机有限元模型；确定所述电机的特征参数，并基于所述特征参数分析得到所述电机的电磁场以及温度场有限元计算所需的最小单元，其中，所述最小单元为所述电机有限元模型的一部分。
可选地，基于所述特征参数分析得到所述电机的电磁场以及温度场有限元计算所需的最小单元，包括：确定所述电机的定子模块的第一数量值和所述电机的转子模块的第二数量值；将所述第一数量值和所述第二数量值的最大公约数确定为所述电磁场的最小单元；将所述第一数量值的倒数以及所述第二数量值确定为所述温度场的最小单元。
可选地，在对电机的电磁场进行仿真之前，该电机物理场的仿真处理方法还包括：获取所述电磁场的周期边界条件以及所述温度场的对称边界条件；基于所述周期边界条件以及所述对称边界条件得到所述电机的有限元计算程序。
可选地，在对电机的电磁场进行仿真之前，该电机物理场的仿真处理方法还包括：确定所述温度场的计算周期，以及所述温度场的初始温度值，其中，所述初始温度值为环境温度值；对所述电机的有限元模型进行网格划分，得到所述电机的有限元模型的网格单元；获取所述电机的材料参数。
可选地，该电机物理场的仿真处理方法还包括：若所述温度场的温度分布不满足预定误差范围，则将所述网格单元内的平均温度通过第二数据传递矩阵传递到所述电磁场，同时更新当前时间值，返回进入对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数的流程。
可选地，该电机物理场的仿真处理方法还包括：若所述温度场的计算周期不大于预定数值，则更新所述温度场的计算周期，并将所述网格单元内的平均温度通过第二数据传递矩阵传递到所述电磁场，同时更新当前时间值，返回进入对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数的流程。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种电机物理场的仿真处理装置，包括：仿真单元，用于对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数，其中，所述网格单元为对所述电机的有限元模型进行网格划分后得到的单元；传递单元，用于将所述损耗密度参数通过第一数据传递矩阵传递到所述电机的温度场，得到所述网格单元内的温度分布；确定单元，用于在所述温度场的温度分布满足预定误差范围，并且所述温度场的计算周期大于预定数值的情况下，则确定所述温度场到达稳定状态，结束所述电机的电磁场与温度场之间的仿真计算流程。
可选地，该电机物理场的仿真处理装置还包括：生成单元，用于在对电机的电磁场进行仿真之前，生成所述电机对应的电机有限元模型；分析单元，用于确定所述电机的特征参数，并基于所述特征参数分析得到所述电机的电磁场以及温度场有限元计算所需的最小单元，其中，所述最小单元为所述电机有限元模型的一部分。
可选地，所述分析单元，包括：第一确定模块，用于确定所述电机的定子模块的第一数量值和所述电机的转子模块的第二数量值；第二确定模块，用于将所述第一数量值和所述第二数量值的最大公约数确定为所述电磁场的最小单元；第三确定模块，用于将所述第一数量值的倒数以及所述第二数量值确定为所述温度场的最小单元。
可选地，该电机物理场的仿真处理装置还包括：第一获取单元，用于在对电机的电磁场进行仿真之前，获取所述电磁场的周期边界条件以及所述温度场的对称边界条件；第二获取单元，用于基于所述周期边界条件以及所述对称边界条件得到所述电机的有限元计算程序。
可选地，该电机物理场的仿真处理装置还包括：所述确定单元，还用于在对电机的电磁场进行仿真之前，确定所述温度场的计算周期，以及所述温度场的初始温度值，其中，所述初始温度值为环境温度值；划分单元，用于对所述电机的有限元模型进行网格划分，得到所述电机的有限元模型的网格单元；第三获取单元，用于获取所述电机的材料参数。
可选地，该电机物理场的仿真处理装置还包括：所述确定单元，还用于在所述温度场的温度分布不满足预定误差范围的情况下，将所述网格单元内的平均温度通过第二数据传递矩阵传递到所述电磁场，同时更新当前时间值，返回进入对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数的流程。
可选地，该电机物理场的仿真处理装置还包括：所述确定单元，还用于在所述温度场的计算周期不大于预定数值的情况下，则更新所述温度场的计算周期，并将所述网格单元内的平均温度通过第二数据传递矩阵传递到所述电磁场，同时更新当前时间值，返回进入对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数的流程。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述计算机存储介质所在设备执行上述中任意一项所述的电机物理场的仿真处理方法。
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行计算机程序，其中，所述计算机程序运行时执行上述中任意一项所述的电机物理场的仿真处理方法。
在本发明实施例中，采用对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数，其中，网格单元为对电机的有限元模型进行网格划分后得到的单元；将损耗密度参数通过第一数据传递矩阵传递到电机的温度场，得到网格单元内的温度分布；若温度场的温度分布满足预定误差范围，并且温度场的计算周期大于预定数值，则确定温度场到达稳定状态，结束电机的电磁场与温度场之间的仿真计算流程，通过本发明实施例提供的电机物理场的仿真处理方法，实现了电机的电磁场和温度场的双向耦合自适应快速仿真处理的目的，达到了提高对电机运行所在的物理场进行仿真的效率，进而解决了相关技术中计算电机性能时，对于电机在运行所处的物理场耦合环境下不同场间进行仿真均是跨平台完成的，导致对电机运行所在的场间仿真计算比较困难的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的电机物理场的仿真处理方法；
图2(a)是根据本发明实施例的电磁场二维有限元计算域的示意图；
图2(b)是根据本发明实施例的温度场非对称最小单元三维有限元计算域的示意图；
图3是根据本发明实施例的可选的电机物理场的仿真处理方法的流程图；
图4(a)是根据本发明实施例的温度场网格单元划分的示意图；
图4(b)是根据本发明实施例的电磁场网格单元划分的示意图；
图5是根据本发明实施例的电磁场损耗曲线图；
图6是根据本发明是实力的电机机壳表面、机壳端面、定子铁芯、永磁体的温度变化曲线图；
图7是根据本发明实时的电机温度分布图；
图8是根据本发明实施例的电机物理场的仿真处理装置的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
根据本发明实施例，提供了一种电机物理场的仿真处理方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的电机物理场的仿真处理方法，如图1所示，该电机物理场的仿真处理方法包括如下步骤：
步骤S102，对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数，其中，网格单元为对电机的有限元模型进行网格划分后得到的单元。
可选的，在本发明实施例中，通过有限元模型的构建方式对电机进行建模，得到电机的有限元模型，即，电机有限元模型。
其中，电机在运行时会处于电磁场、温度场等多物理场耦合环境下；在本发明实施例中，对电磁场采用二维有限元进行计算，温度场则采用非对称最小单元三维有限元计算。由于电磁场和温度场的时间常数会相差很大，因此，采用了双向耦合迭代计算，直至温度场达到稳态。
可选的，上述网格单元是对电机的有限元模型进行网格划分后的单元。
可选的，上述损耗密度参数可以包括：网格单元内的平均电磁损耗以及机械损耗。
步骤S104，将损耗密度参数通过第一数据传递矩阵传递到电机的温度场，得到网格单元内的温度分布。
由于在进行电磁场分析时，电磁场具有时间周期性，并且时间周期较短，因此，求得网格单元内平均电磁损耗以及机械损耗，并将其通过数据传递矩阵传递到温度场。
可选的，在本发明实施例中，将损耗密度参数通过第一数据矩阵传递到电机额温度场，则需要确定第一数据传递矩阵。
在一种可选的实施例中，确定第一数据传递矩阵中，首先可以假设电磁场和温度场网格单元编号分别为
Figure BDA0002613299660000061
为了缩短计算时间，可以将两场的网格分为定子铁芯、永磁体、机壳、绕组、转子铁芯、及转轴，找出两场不同网格模块间的稀疏映射矩阵，/>
Figure BDA0002613299660000062
Figure BDA0002613299660000063
其中，δ为网格划分时的最小尺寸。
由于电磁场和温度场时间常数相差很大，为了简化计算，求出电磁场中各网格的平均损耗密度矩阵PTloss，然后通过映射矩阵(即，第一数据矩阵)将其传递到温度场中，计算公式为：
Figure BDA0002613299660000064
式中，/>
Figure BDA0002613299660000065
为映射矩阵/>
Figure BDA0002613299660000066
的转置，PT为温度场中各网格单元平均损耗密度。
步骤S106，若温度场的温度分布满足预定误差范围，并且温度场的计算周期大于预定数值，则确定温度场到达稳定状态，结束电机的电磁场与温度场之间的仿真计算流程。
由上可知，在本发明实施例中，可以对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数，其中，网格单元为对电机的有限元模型进行网格划分后得到的单元；将损耗密度参数通过第一数据传递矩阵传递到电机的温度场，得到网格单元内的温度分布；若温度场的温度分布满足预定误差范围，并且温度场的计算周期大于预定数值，则确定温度场到达稳定状态，结束电机的电磁场与温度场之间的仿真计算流程，实现了电机的电磁场和温度场的双向耦合自适应快速仿真处理的目的，达到了提高对电机运行所在的物理场进行仿真的效率。
值得注意的是，由于在本发明实施例中，实现了统一平台内计算温度场和电磁场，并基于有限元模型采取最小计算单元，采用自适应计算改变计算时间间隔，完成两场之间的网格的数据快递，提升了计算精度和速度。
因此，通过本发明实施例提供的电机物理场的仿真处理方法，解决了相关技术中计算电机性能时，对于电机在运行所处的物理场耦合环境下不同场间进行仿真均是跨平台完成的，导致对电机运行所在的场间仿真计算比较困难的技术问题。
在一种可选的实施例中，在对电机的电磁场进行仿真之前，该电机物理场的仿真处理方法还可以包括：生成电机对应的电机有限元模型；确定电机的特征参数，并基于特征参数分析得到电机的电磁场以及温度场有限元计算所需的最小单元，其中，最小单元为电机有限元模型的一部分。
可选的，电机的特征参数可以为电机的材料参数，例如，磁导率、电导率、磁剩、电阻等，电磁场计算所需要的参数。
在该实施例中，在得到电机有限元模型的情况下，需要对该电机有限元模型进行前处理，例如，可以对电机有限元模型进行划分，得到电机电磁场和温度场有限元计算所需的最小单元。
在上述实施例中，基于特征参数分析得到电机的电磁场以及温度场有限元计算所需的最小单元，包括：确定电机的定子模块的第一数量值和电机的转子模块的第二数量值；将第一数量值和第二数量值的最大公约数确定为电磁场的最小单元；将第一数量值的倒数以及第二数量值确定为温度场的最小单元。
需要说明的是，对于电磁场来讲，有限元最小计算单元为N1和N2的最大公约数，其中，N1为电机定子模块的数量，例如，N1＝12，即，电机的定子模块的数量为12；N2为电机转子模块的数量，例如，N2＝10，即，电机的定子模块的数量为10，那么，在建立电磁场二维模型时，只需要建立电机有限元模型的二分之一即可，图2(a)是根据本发明实施例的电磁场二维有限元计算域的示意图，具体地，如图2(a)所示。
此外，对于温度场来讲，可以根据能量守恒定律，温度场非对称有限元最小计算单元为定子的1/12和转子的1/10；另外，考虑到轴向对称性，温度场最小计算单元可以为定子的1/24和转子的1/20，图2(b)是根据本发明实施例的温度场非对称最小单元三维有限元计算域的示意图，如图2(b)所示。
在上述实施例中，在对电机的电磁场进行仿真之前，该电机物理场的仿真处理方法还可以包括：获取电磁场的周期边界条件以及温度场的对称边界条件；基于周期边界条件以及对称边界条件得到电机的有限元计算程序。
例如，可以依据电磁场和温度场的控制方程和边界条件编写有限元计算方程；电磁场中的边界条件如图2(a)所示，最外边为S1边界，即，磁力线的方向和边界切向方向平行；x＝0°和x＝180°为周期主从边界，即对应位置的磁密结果相同。
其中，针对电磁场的控制方程，在计算电机的有限元计算程序时，可以忽略电机端部效应，则可以将以下程序作为有限元计算程序中的有限元方程：
Figure BDA0002613299660000081
式中，Az表示磁矢位A沿z轴方向的分量，σ(T)是当前温度T下导体区域的电导率，Hcx(T)和Hcy(T)分别为当前温度T下永磁体计算矫顽力沿x轴和y轴的分量，l为电机模型轴向长度，Js为电流源区域电流密度，v为磁阻率，Ut为实心导体两端的电压；第一个边界条件表示的是在边界S1上磁力线与边界平行，第二个边界条件表示的是Sside和Slink对应位置的磁位的方向相同或相反，对应电机有限元中常用的周期边界和反周期边界，分别对应于图2(a)中x＝0°和x＝180°所在的位置。
此外，针对温度场控制方程，如下：
Figure BDA0002613299660000082
Figure BDA0002613299660000083
式中ρc为材料的比热容，kx，ky，和kz分别表示的是x，y，z方向的导热系数，qv表示的是材料的热源密度，Tgap表示的是定转子间气隙的温度，Γs表示的定子内表面边界，Γr表示的是转子外表面边界，第二个式子表示温度场非对称最小计算单元定转子间热流传递边界条件。
在一种可选的实施例中，在对电机的电磁场进行仿真之前，该电机物理场的仿真处理方法还可以包括：确定温度场的计算周期，以及温度场的初始温度值，其中，初始温度值为环境温度值；对电机的有限元模型进行网格划分，得到电机的有限元模型的网格单元；获取电机的材料参数。
即，在本发明实施例中，在对电机的电磁场进行仿真之前，需要设定温差场计算流程的时间控制，即，计算温度场的时间间隔，也即是，温度场的计算周期；并定初始温度为环境温度。
在一种可选的实施例中，该电机物理场的仿真处理方法还包括：若温度场的温度分布不满足预定误差范围，则将网格单元内的平均温度通过第二数据传递矩阵传递到电磁场，同时更新当前时间值，返回进入对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数的流程。
例如，当判定得到温度的温度分布不满足预定误差范围，则需要将网格单元内的平均温度通过数据传递矩阵(即，第二数据矩阵)传递到电磁场，并且更新当前时间，返回进入对电机的电磁场进行仿真的流程。
其中，将温度场中网格单元内的平均温度对应的温度矩阵Tet通过映射矩阵(即，第二数据矩阵)传递到电磁场中，第二数据矩阵为：Tet＝Trij×TTt，式中，Tet为电磁场中的各网格平均温度。
在一种可选的实施例中，该电机物理场的仿真处理方法还包括：若温度场的计算周期不大于预定数值，则更新温度场的计算周期，并将网格单元内的平均温度通过第二数据传递矩阵传递到电磁场，同时更新当前时间值，返回进入对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数的流程。
例如，当温度场的计算周期不大于预定数值，则更新时间间隔，并将网格单元内的平均温度通过数据传递矩阵传递到电磁场，具体方式如上，不再赘述，并且对当前时间进行更新，返回进入对电机的电磁场进行仿真的流程。
由于电磁场和温度场的时间常数相差较大，因此，在本发明实施例中采用双向弱耦合迭代式计算方法，下面结合附图对本发明实施例中的电机物理场的仿真处理方法进行说明。
图3是根据本发明实施例的可选的电机物理场的仿真处理方法的流程图，如图3所示，首先需要计算电磁场和温度场有限元计算所需的最小单元；接着，根据边界条件，分别生成电磁场和温度场的有限元计算程序；并设定开始时间：t0＝0＝0，时间不长(计算周期)：dt，当前时间：t，环境温度Te设定为初始温度Tl；对电机有限元模型进行前处理：网格划分以及材料参数设置；接着进入内循环：电磁场仿真，得到网格单元内电磁损耗苗杜和机械损耗密度；进入数据传递1：损耗密度→温度场；然后进入温度场仿真，得到网格单元温度分布；判断温度分布是否满足一定误差，若是，则进入外循环，判断计算周期是否大于给定值，若是，则说明温度场到达稳态，结束结算；反之，判断温度分布不满足一定误差，则进入数据传递2流程：温度分布→温度场Tl＝T2；若判断计算周期不大于给定值，则确定dt＝2*dt。
需要说明的是，前处理中主要是建立电磁场和温度场的有限元计算模型，并施加材料参数，以及网格划分，图4(a)和4(b)分别为电磁场-温度场网格单元划分的示意图，如图4(a)和4(b)所示，电磁场中采用三角单元网格，而温度场中采用四面体单元网格。
由上可知，在本发明实施例中，通过分析计算电机电磁场、温度场有限元计算所需的最小单元；接着依据电磁场、温度场周期边界条件或对称边界条件，获得有限元计算程序；然后设定温度场计算流程的时间控制，给定初始温度为环境温度；再次前处理，进行划分和设定材料参数；进一步通过电磁有限元仿真计算获得网格单元内的平均电磁损耗及机械损耗，将其通过数据传递矩阵传递到温度场，计算得到温度分布；再判断温度分布是否满足一定误差：如果不满足，将网格单元内的平均温度通过数据传递矩阵传递到电磁场，并且更新当前时间，并通过电磁有限元仿真计算获得网格单元内的平均电磁损耗及机械损耗，将其通过数据传递矩阵传递到温度场，计算得到温度分布；如果满足，则进行下一步，即，判断温度分布是否满足一定误差：如果不满足，将网格单元内的平均温度通过数据传递矩阵传递到电磁场，并且更新当前时间，并通过电磁有限元仿真计算获得网格单元内的平均电磁损耗及机械损耗，将其通过数据传递矩阵传递到温度场，计算得到温度分布；如果满足，则进行下一步，即，判断时间间隔是否大于给定值，若不是则更新时间间隔，将网格单元内的平均温度通过数据传递矩阵传递到电磁场，并且更新当前时间，通过电磁有限元仿真计算获得网格单元内的平均电磁损耗及机械损耗，将其通过数据传递矩阵传递到温度场，计算得到温度分布，若是则说明温度场达到稳态结束计算。
需要说明的是，在电机温升实验时，开始时温度上升较快，接近稳态时温度上升的较慢，判断温升达到稳态的标准是在30min内温度上升1℃以内。另外，由于电磁场和温度场的时间常数差别大，当温度上升较慢时对电磁损耗影响不明显，所以，为了实现快速耦合仿真计算，本发明提出了一种自适应改变温升有限元计算时间间隔。在仿真初期，时间间隔设置的较短，能够精确地反应电磁场和温度场间相互影响的关系；当温度上升较慢时，增大时间间隔，实现快速仿真计算。
图5是根据本发明实施例的电磁场损耗曲线图，图6是根据本发明是实力的电机机壳表面、机壳端面、定子铁芯、永磁体的温度变化曲线图，图7是根据本发明实时的电机温度分布图，通过图5、图6以及图7可以通过本发明实施例提供的电机物理场的仿真处理方法可以得到电机电磁场损耗的曲线图、机壳表面、机壳端面、定子铁心及永磁体表面的温升曲线以及电机的温度分布，从而可以比较直观地得到电机的物理场仿真情况。
需要说明的是，在本发明实施例中，电机物理场的仿真次数可以根据实际需求来设置，也可以是在达到预设仿真期望的情况下结束迭代。
通过本发明实施例提供的电机物理场的仿真处理方法，可以对电磁场采用二维有限元计算，温度场采用非对称最小单元三维有限元计算；一个方面，由于电磁场和温度场的时间常数相差很大，因此采用双向耦合迭代式计算，直至温度场达到稳态。另外一个方面，对于温度场时间步长的设定，可根据温度场中温度上升速度来调整，如果温度场前后两次计算温差较大，可适当缩短计算步长；如果温差较小，可适当增大步长。此外，由于电磁场和温度场的网格类型及划分方式有很大区别，因此采用局部映射插值法进行两场间的数据传递。通过该电机电磁场-温度场双向耦合的自适应快速仿真计算方法实现了电磁场和温度场双向耦合自适应快速计算的方法，既可以保证足够的计算精度，又可以显著提高计算速度。
另外，本发明实施例中的电机电磁场-温度场双向耦合的自适应快速仿真计算方法，基于最小单元建模及非对称温度场有限元模型，采用自适应改变计算时间间隔，利用局部映射矩阵实现不同物理场间异网格数据的快速传递，给使用者提供物理概念清晰，统一平台，计算快捷而精确的建模分析方法。
实施例2
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种电机物理场的仿真处理装置，图8是根据本发明实施例的电机物理场的仿真处理装置的示意图，如图8所示，该装置包括：仿真单元81，传递单元83以及确定单元85。下面对该电机物理场的仿真处理装置进行说明。
仿真单元81，用于对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数，其中，网格单元为对电机的有限元模型进行网格划分后得到的单元。
传递单元83，用于将损耗密度参数通过第一数据传递矩阵传递到电机的温度场，得到网格单元内的温度分布。
确定单元85，用于在温度场的温度分布满足预定误差范围，并且温度场的计算周期大于预定数值的情况下，则确定温度场到达稳定状态，结束电机的电磁场与温度场之间的仿真计算流程。
此处需要说明的是，上述仿真单元81，传递单元83以及确定单元85对应于实施例1中的步骤S102至S106，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为装置的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
由上可知，在本申请上述实施例中，可以利用仿真单元对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数，其中，网格单元为对电机的有限元模型进行网格划分后得到的单元；并可以利用传递单元将损耗密度参数通过第一数据传递矩阵传递到电机的温度场，得到网格单元内的温度分布；以及利用确定单元在温度场的温度分布满足预定误差范围，并且温度场的计算周期大于预定数值的情况下，则确定温度场到达稳定状态，结束电机的电磁场与温度场之间的仿真计算流程。通过本发明实施例提供的电机物理场的仿真处理装置，实现了电机的电磁场和温度场的双向耦合自适应快速仿真处理的目的，达到了提高对电机运行所在的物理场进行仿真的效率，进而解决了相关技术中计算电机性能时，对于电机在运行所处的物理场耦合环境下不同场间进行仿真均是跨平台完成的，导致对电机运行所在的场间仿真计算比较困难的技术问题。
在一种可选的实施例中，该电机物理场的仿真处理装置还包括：生成单元，用于在对电机的电磁场进行仿真之前，生成电机对应的电机有限元模型；分析单元，用于确定电机的特征参数，并基于特征参数分析得到电机的电磁场以及温度场有限元计算所需的最小单元，其中，最小单元为电机有限元模型的一部分。
在一种可选的实施例中，分析单元，包括：第一确定模块，用于确定电机的定子模块的第一数量值和电机的转子模块的第二数量值；第二确定模块，用于将第一数量值和第二数量值的最大公约数确定为电磁场的最小单元；第三确定模块，用于将第一数量值的倒数以及第二数量值确定为温度场的最小单元。
在一种可选的实施例中，该电机物理场的仿真处理装置还包括：第一获取单元，用于在对电机的电磁场进行仿真之前，获取电磁场的周期边界条件以及温度场的对称边界条件；第二获取单元，用于基于周期边界条件以及对称边界条件得到电机的有限元计算程序。
在一种可选的实施例中，该电机物理场的仿真处理装置还包括：确定单元，还用于在对电机的电磁场进行仿真之前，确定温度场的计算周期，以及温度场的初始温度值，其中，初始温度值为环境温度值；划分单元，用于对电机的有限元模型进行网格划分，得到电机的有限元模型的网格单元；第三获取单元，用于获取电机的材料参数。
在一种可选的实施例中，该电机物理场的仿真处理装置还包括：确定单元，还用于在温度场的温度分布不满足预定误差范围的情况下，将网格单元内的平均温度通过第二数据传递矩阵传递到电磁场，同时更新当前时间值，返回进入对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数的流程。
在一种可选的实施例中，该电机物理场的仿真处理装置还包括：确定单元，还用于在温度场的计算周期不大于预定数值的情况下，则更新温度场的计算周期，并将网格单元内的平均温度通过第二数据传递矩阵传递到电磁场，同时更新当前时间值，返回进入对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数的流程。
实施例3
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序被处理器运行时控制计算机存储介质所在设备执行上述中任意一项的电机物理场的仿真处理方法。
实施例4
根据本发明实施例的另外一个方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行计算机程序，其中，计算机程序运行时执行上述中任意一项的电机物理场的仿真处理方法。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电机物理场的仿真处理方法，其特征在于，包括：
对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数，其中，所述网格单元为对所述电机的有限元模型进行网格划分后得到的单元；
将所述损耗密度参数通过第一数据传递矩阵传递到所述电机的温度场，得到所述网格单元内的温度分布，其中，所述第一数据传递矩阵通过以下方式得到：确定所述电磁场和所述温度场不同的所述网格单元下的稀疏映射矩阵；根据所述电磁场中各所述网格单元的平均损耗密度矩阵和所述稀疏映射矩阵确定所述第一数据传递矩阵；
若所述温度场的温度分布满足预定误差范围，并且所述温度场的计算周期大于预定数值，则确定所述温度场到达稳定状态，结束所述电机的电磁场与温度场之间的仿真计算流程；
其中，在对电机的电磁场进行仿真之前，还包括：
生成所述电机对应的电机有限元模型；
确定所述电机的特征参数，并基于所述特征参数分析得到所述电机的电磁场以及温度场有限元计算所需的最小单元，其中，所述最小单元为所述电机有限元模型的一部分，所述特征参数包括：所述电机的定子模块的数量和所述电机的转子模块的数量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述特征参数分析得到所述电机的电磁场以及温度场有限元计算所需的最小单元，包括：
确定所述电机的定子模块的第一数量值和所述电机的转子模块的第二数量值；
将所述第一数量值和所述第二数量值的最大公约数确定为所述电磁场的最小单元；
将所述第一数量值的倒数以及所述第二数量值的倒数确定为所述温度场的最小单元。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对电机的电磁场进行仿真之前，还包括：
获取所述电磁场的周期边界条件以及所述温度场的对称边界条件；
基于所述周期边界条件以及所述对称边界条件得到所述电机的有限元计算程序。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对电机的电磁场进行仿真之前，还包括：
确定所述温度场的计算周期，以及所述温度场的初始温度值，其中，所述初始温度值为环境温度值；
对所述电机的有限元模型进行网格划分，得到所述电机的有限元模型的网格单元；
获取所述电机的材料参数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
若所述温度场的温度分布不满足预定误差范围，则将所述网格单元内的平均温度通过第二数据传递矩阵传递到所述电磁场，同时更新当前时间值，返回进入对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数的流程。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
若所述温度场的计算周期不大于预定数值，则更新所述温度场的计算周期，并将所述网格单元内的平均温度通过第二数据传递矩阵传递到所述电磁场，同时更新当前时间值，返回进入对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数的流程。
7.一种电机物理场的仿真处理装置，其特征在于，包括：
仿真单元，用于对电机的电磁场进行仿真，得到网格单元内损耗密度参数，其中，所述网格单元为对所述电机的有限元模型进行网格划分后得到的单元；
传递单元，用于将所述损耗密度参数通过第一数据传递矩阵传递到所述电机的温度场，得到所述网格单元内的温度分布，其中，所述第一数据传递矩阵通过以下方式得到：确定所述电磁场和所述温度场不同的所述网格单元下的稀疏映射矩阵；根据所述电磁场中各所述网格单元的平均损耗密度矩阵和所述稀疏映射矩阵确定所述第一数据传递矩阵；
确定单元，用于在所述温度场的温度分布满足预定误差范围，并且所述温度场的计算周期大于预定数值的情况下，则确定所述温度场到达稳定状态，结束所述电机的电磁场与温度场之间的仿真计算流程；
其中，该电机物理场的仿真处理装置还包括：生成单元，用于在对电机的电磁场进行仿真之前，生成所述电机对应的电机有限元模型；分析单元，用于确定所述电机的特征参数，并基于所述特征参数分析得到所述电机的电磁场以及温度场有限元计算所需的最小单元，其中，所述最小单元为所述电机有限元模型的一部分，所述特征参数包括：所述电机的定子模块的数量和所述电机的转子模块的数量。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述计算机存储介质所在设备执行权利要求1至6中任意一项所述的电机物理场的仿真处理方法。
9.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行计算机程序，其中，所述计算机程序运行时执行权利要求1至6中任意一项所述的电机物理场的仿真处理方法。
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