CN115659766A - 一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法以及确定装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法以及确定装置，涉及计算机辅助工程分析技术领域，确定方法包括：获取多匝线圈模型以及多匝线圈模型中的模型参数；基于模型参数，对多匝线圈模型进行有限元求解处理，得到反映多匝线圈模型中电流走向的等值面；基于等值面，对等值面进行有限元计算处理，确定等值面中每个数据点的电流密度方向和每个数据点的电流密度大小；针对等值面中的每个数据点，将该数据点的电流密度方向和该数据点的电流密度大小的乘积确定为该数据点在多匝线圈模型中的电流密度矢量。采用本申请提供的技术方案能够自动实现几何构型复杂的多匝线圈的电流密度矢量的确定，提高后续建模的便捷性。

Description

一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法以及确定装置

技术领域

本申请涉及计算机辅助工程分析技术领域，尤其是涉及一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法以及确定装置。

背景技术

在电气工程的仿真中，最常用的就是电磁场的有限元仿真分析方法，在电磁场的有限元仿真分析中，多匝线圈匝数和电流值、以及几何特征需要转化为相应的电流密度矢量，才能作为输入的激励项，完成有限元的仿真计算。因此多匝线圈需要设置的一个重要参数就是模型中的电流密度矢量，而电流密度矢量需要反映整个多匝线圈中的电流流向，因此设置也会相对比较复杂。

目前，有两种常用的设置方式：第一种是根据几何构型自定义解析函数，在函数中输入空间坐标，输出电流密度矢量来设定空间各处的电流密度；第二种是提取线圈模型的几何特征线，根据几何特征线反推出空间各处的电流密度矢量。但在多匝线圈边缘处因为特殊的设计，导致导线走向出现向上凸起的变化时，这样边缘处的电流密度矢量设置也要沿着导线凸起的方向相应的变化，这种情况若是采用第一种通过空间坐标定义解析函数的方法来确定各处的电流密度矢量，需要事先知道导线凸起部分的几何走向，但是这种方式不符合用户使用习惯，也增加了建模设置的复杂性。另外凸起部分每根导线变化情况都各不相同，也很难采用第二种通过取对应的特征线的方法来反映电流走向。此外，在多匝线圈模型是均匀绞合而成，但是电流走向变化比较复杂的情况下，若是采用第一种方式解析函数设置，也需要分不同的部件来分别设置，因此电流密度的设置也同样会出现复杂的操作步骤；并且多匝线圈不是简单的圆环和长条形的组合，采用第二种方式也需要分段提取反映电流走向的特征线，从而增加后续建模的复杂性；因此，如何确定多匝线圈中电流密度矢量，以提高后续建模的便捷性，成为了亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法以及确定装置，能够通过创建反映电流走向的等值面，从而确定电流密度矢量方向以及电流密度矢量的大小，自动实现几何构型复杂的多匝线圈的电流密度矢量的确定，且不会增加设置和操作上的复杂性，提高后续建模的便捷性。

本申请主要包括以下几个方面：

第一方面，本申请实施例提供了一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法，所述确定方法包括：

获取多匝线圈模型以及所述多匝线圈模型中的模型参数；

基于所述模型参数，对所述多匝线圈模型进行有限元求解处理，得到反映所述多匝线圈模型中电流走向的等值面；

基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度方向和每个数据点的电流密度大小；

针对所述等值面中的每个数据点，将该数据点的电流密度方向和该数据点的电流密度大小的乘积确定为该数据点在所述多匝线圈模型中的电流密度矢量。

进一步的，所述基于所述模型参数，对所述多匝线圈模型进行有限元求解处理，得到反映所述多匝线圈模型中电流走向的等值面的步骤，包括：

基于所述模型参数中的指示所述多匝线圈模型中电流流入的入射面和指示所述多匝线圈模型中电流流出的出射面，获取所述入射面的约束条件以及所述出射面的约束条件；

将所述入射面和所述出射面之间的区域确定为目标区域，并将所述入射面的约束条件以及所述出射面的约束条件带入拉普拉斯方程中，得到所述目标区域对应的电位函数；

获取所述目标区域中的多个数据点中每个数据点的坐标值，将所述每个数据点的坐标值带入所述电位函数中得到每个数据点的电位值；

将电位值相同的数据点所组成的曲面确定为所述多匝线圈模型的目标区域中反映电流走向的等值面。

进一步的，所述基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度方向的步骤，包括：

基于所述等值面对应的电位函数，确定所述电位函数在所述等值面中每个数据点处的梯度；

针对每个数据点，将该数据点的梯度与该数据点的梯度的模的商值确定为该数据点的电流密度方向。

进一步的，所述基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度大小的步骤，包括：

基于所述等值面中的每个数据点构成的多个多边形，将每个多边形的面积的加和确定为所述等值面的面积；

获取所述多匝线圈模型的线圈匝数以及电流；

将所述线圈匝数与所述电流的乘积，确定为所述多匝线圈模型的磁势；

将所述磁势与所述等值面的面积的商值，确定为所述等值面中每个数据点的电流密度大小。

进一步的，所述确定方法还包括：

对所述多匝线圈模型中的电流密度矢量进行有限元求解处理以及有限元计算处理，得到所述多匝线圈模型所在的电磁设备的有限元仿真结果。

第二方面，本申请实施例还提供了一种多匝线圈中电流密度矢量的确定装置，所述确定装置包括：

获取模块，用于获取多匝线圈模型以及所述多匝线圈模型中的模型参数；

处理模块，用于基于所述模型参数，对所述多匝线圈模型进行有限元求解处理，得到反映所述多匝线圈模型中电流走向的等值面；

第一确定模块，用于基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度方向和每个数据点的电流密度大小；

第二确定模块，用于针对所述等值面中的每个数据点，将该数据点的电流密度方向和该数据点的电流密度大小的乘积确定为该数据点在所述多匝线圈模型中的电流密度矢量。

进一步的，所述处理模块具体用于：

基于所述模型参数中的指示所述多匝线圈模型中电流流入的入射面和指示所述多匝线圈模型中电流流出的出射面，获取所述入射面的约束条件以及所述出射面的约束条件；

将所述入射面和所述出射面之间的区域确定为目标区域，并将所述入射面的约束条件以及所述出射面的约束条件带入拉普拉斯方程中，得到所述目标区域对应的电位函数；

获取所述目标区域中的多个数据点中每个数据点的坐标值，将所述每个数据点的坐标值带入所述电位函数中得到每个数据点的电位值；

将电位值相同的数据点所组成的曲面确定为所述多匝线圈模型的目标区域中反映电流走向的等值面。

进一步的，所述第一确定模块在用于基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度方向时，所述第一确定模块具体用于：

基于所述等值面对应的电位函数，确定所述电位函数在所述等值面中每个数据点处的梯度；

针对每个数据点，将该数据点的梯度与该数据点的梯度的模的商值确定为该数据点的电流密度方向。

第三方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述的多匝线圈中电流密度矢量的确定方法的步骤。

第四方面，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上述的多匝线圈中电流密度矢量的确定方法的步骤。

本申请实施例提供的一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法以及确定装置，所述确定方法包括：获取多匝线圈模型以及所述多匝线圈模型中的模型参数；基于所述模型参数，对所述多匝线圈模型进行有限元求解处理，得到反映所述多匝线圈模型中电流走向的等值面；基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度方向和每个数据点的电流密度大小；针对所述等值面中的每个数据点，将该数据点的电流密度方向和该数据点的电流密度大小的乘积确定为该数据点在所述多匝线圈模型中的电流密度矢量。

这样，采用本申请提供的技术方案能够通过创建反映电流走向的等值面，从而确定电流密度矢量方向以及电流密度矢量的大小，自动实现几何构型复杂的多匝线圈的电流密度矢量的确定，且不会增加设置和操作上的复杂性，提高后续建模的便捷性。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本申请实施例所提供的一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法的流程图；

图2示出了本申请实施例所提供的另一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法的流程图；

图3示出了本申请实施例所提供的一种多匝线圈中电流密度矢量的确定流程的示意图；

图4示出了本申请实施例所提供的一种多匝线圈中电流密度矢量的确定装置的结构图之一；

图5示出了本申请实施例所提供的一种多匝线圈中电流密度矢量的确定装置的结构图之二；

图6示出了本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中的附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。

另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了使得本领域技术人员能够使用本申请内容，结合特定应用场景“多匝线圈中电流密度矢量的确定”，给出以下实施方式，对于本领域技术人员来说，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用场景。

本申请实施例下述方法、装置、电子设备或计算机可读存储介质可以应用于任何需要确定多匝线圈中电流密度矢量的场景，本申请实施例并不对具体的应用场景作限制，任何使用本申请实施例提供的一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法、确定装置、电子设备及存储介质的方案均在本申请保护范围内。

值得注意的是，在电气工程的仿真中，最常用的就是电磁场的有限元仿真分析方法。该方法一般分为电气设备的几何建模、对几何模型进行网格剖分、设置电磁模型的分析参数、然后通过有限元方法进行分析计算、后处理结果计算和渲染等。“几何模块”、“有限元网格模块”、“电磁模块”、“有限元求解模块”和“有限元后处理模块”都是有限元分析软件中常用的模块，有限元分析的每个步骤都可以调用相应的模块来处理。在整个有限元分析流程中，“有限元网格模块”、“有限元求解模块”和“有限元后处理模块”都是由计算机自动完成，甚至“几何模块”也可以导入已有的几何模型文件，省去几何建模步骤。在“电磁模块”中进行分析参数的设置，则需要用户指定边界条件、激励和材料特性等一系列参数，分析参数的设置会直接决定计算结果的精度甚至正确性。在电气工程设备中，最常见的装置就是产生激励的线圈，线圈不仅用于计算流过的电流、端口的电压，还能计算线圈的电感、磁链和感应电动势。任何有电流流过的导体都可以成为线圈，其中多匝线圈是在各类工程中应用非常广泛的一种。多匝线圈忽略导体的趋肤效应，考虑导体横截面上的电流密度均匀分布，导线表面被绝缘层包裹，导线之间没有电流流通。由于多匝线圈是多束导线绞合而成的线圈，其实际的几何构型非常复杂。但是仿真计算中，一般不需要考虑实际的几何构型对每根导线进行建模，而是将多匝线圈简化为一个整体的几何模型，然后设置多匝线圈的参数，如匝数、填充系数、电导率等，就可以比较准确的计算出线圈中的电流激励产生的磁场，以及其他与线圈有关的物理量。对于这种简化的多匝线圈模型，线圈导线越密，匝数越多，结果也越精确。考虑很多实际工程上使用的线圈匝数都是从几十匝到几百匝，简化的线圈模型已经可以精确给出与实际相符的结果。

目前，在电磁有限元分析中，多匝线圈匝数N和电流值I、以及几何特征需要转化为相应的电流密度矢量J，才能作为“有限元求解模块”输入的激励项，完成有限元的仿真计算。因此多匝线圈需要设置的一个重要参数就是模型中的电流密度矢量J。而电流密度矢量J需要反映整个多匝线圈中电流流向，因此设置也会相对比较复杂，如何对多匝线圈进行建模，设置多匝线圈中的各类参数，对电气设备的有限元仿真起到非常关键的作用，除了影响仿真结果的准确性，其实现过程也会影响仿真软件使用的便捷性。

需要说明的是，电气工程常用的线圈模型类型有长条形和圆环形两种，或者它们的组合。这类线圈模型的几何构型都相对规则，因此设置过程也相对简单。目前来讲有两种常用的设置方式：第一种是根据几何构型自定义解析函数，在函数中输入空间坐标（x，y，z），输出电流密度矢量J（x，y，z）来设定空间各处的电流密度，这种方法适用性广，也最精确。对于长条形和圆环形线圈，解析函数的定义也相对简单。即使是组合后的线圈模型，也可以分段来定义解析函数。第二种是提取线圈模型的几何特征线，根据几何特征线反推出空间各处的电流密度矢量，用几何特征线反映电流走向的方法更加便捷直观。长条形的特征线就是沿着电流走向的直线，圆环就是沿着电流走向的圆周，可以直观反映出电流走向。这两种方法基本可以涵盖电气工程中常见的多匝线圈类型，但遇到一些特殊的问题，就会导致复杂的操作步骤。例如，多匝线圈边缘处因为特殊的设计，导线走向出现向上凸起的变化，由于多匝线圈是不均匀绞合而成，这样边缘处的电流密度矢量设置也要沿着导线凸起的方向相应的变化。通过空间坐标定义解析函数确定各处的电流密度矢量，需要事先知道导线凸起部分的几何走向，这种操作不符合用户使用习惯，也增加建模设置的复杂性。另外凸起部分每根导线变化情况都各不相同，也很难取对应的特征线来反映电流走向。另外，多匝线圈模型虽然是均匀绞合而成，但是电流走向变化比较复杂，通过解析函数设置，也需要分不同的部件来分别设置，因此电流密度的设置也同样会出现复杂的操作步骤。由于多匝线圈不是简单的圆环和长条形的组合，也需要分段提取反映电流走向的特征线，从而增加建模的复杂性。因此，定义解析函数和提取特征线的方法在处理上面两种类型的多匝线圈模型时就会遇到操作便捷性上的困难，需要一种新的方法能够反映真实的电流走向，同时兼顾操作上的便捷性。

基于此，本申请提出了一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法以及确定装置，所述确定方法包括：获取多匝线圈模型以及所述多匝线圈模型中的模型参数；基于所述模型参数，对所述多匝线圈模型进行有限元求解处理，得到反映所述多匝线圈模型中电流走向的等值面；基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度方向和每个数据点的电流密度大小；针对所述等值面中的每个数据点，将该数据点的电流密度方向和该数据点的电流密度大小的乘积确定为该数据点在所述多匝线圈模型中的电流密度矢量。

这样，采用本申请提供的技术方案能够通过创建反映电流走向的等值面，从而确定电流密度矢量方向以及电流密度矢量的大小，自动实现几何构型复杂的多匝线圈的电流密度矢量的确定，且不会增加设置和操作上的复杂性，提高后续建模的便捷性。

为便于对本申请进行理解，下面将结合具体实施例对本申请提供的技术方案进行详细说明。

请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法的流程图，如图1中所示，所述确定方法包括：

S101、获取多匝线圈模型以及所述多匝线圈模型中的模型参数；

该步骤中，模型参数包括“入射面”和“出射面”，即根据多匝线圈模型中电流的流向取两个横截面，作为电流在多匝线圈模型中流入的“入射面”和流出的“出射面”。多匝线圈任意一个地方都可以在建模的过程设置为“入射面”或“出射面”，但为了简化设置，可以避开复杂的模型区域（例如凸起部分），在多匝线圈模型比较规则的区域取“入射面”或“出射面”。

S102、基于所述模型参数，对所述多匝线圈模型进行有限元求解处理，得到反映所述多匝线圈模型中电流走向的等值面；

该步骤中，等值面可以定义为某空间坐标的函数φ（x，y，z）取某个特定值下，目标区域（入射面与出射面之间的区域）所有坐标点的集合所构成的面。等值面可以直接反映出模型的几何特征，因此本实施例提出用等值面来反映多匝线圈的几何特征以及电流的流向。

需要说明的是，请参阅图2，图2为本申请实施例所提供另一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法的流程图，如图2中所示，基于模型参数，对多匝线圈模型进行有限元求解处理，得到反映多匝线圈模型中电流走向的等值面的步骤，包括：

S201、基于所述模型参数中的指示所述多匝线圈模型中电流流入的入射面和指示所述多匝线圈模型中电流流出的出射面，获取所述入射面的约束条件以及所述出射面的约束条件；

该步骤中，在“入射面”或“出射面”之间的多匝线圈模型上可以定义拉普拉斯方程

，将“入射面”或“出射面”都作为第一类边界条件的约束（ “入射面”约束条件为

，“出射面”约束条件为

）。

S202、将所述入射面和所述出射面之间的区域确定为目标区域，并将所述入射面的约束条件以及所述出射面的约束条件带入拉普拉斯方程中，得到所述目标区域对应的电位函数；

该步骤中，步骤S201中带有约束条件的拉普拉斯方程也是有限元仿真分析软件的基本方程，因此可以直接调用有限元软件的 “有限元求解模块”进行计算，得到目标区域对应的电位函数

（x，y，z）。

S203、获取所述目标区域中的多个数据点中每个数据点的坐标值，将所述每个数据点的坐标值带入所述电位函数中得到每个数据点的电位值；

该步骤中，将目标区域中各个数据点的坐标值带入电位函数中，得到每个数据点的电位值，可以通过步骤S204将得到的结果可视化。

S204、将电位值相同的数据点所组成的曲面确定为所述多匝线圈模型的目标区域中反映电流走向的等值面。

该步骤中，可以通过“有限元后处理模块”的渲染功能，将结果进行可视化，例如，每个电位值分别用不同的颜色进行渲染，各颜色块都代表电位函数

（x，y，z）数值相同的区域，电位函数

（x，y，z）变化的趋势也是和多匝线圈模型的几何特征对应的，相邻颜色块之间的面就是电位函数

（x，y，z）对应的等值面。无论是计算电位函数

（x，y，z）相关的拉普拉斯方程，还是根据电位函数

（x，y，z）的分析结果处理等值面，都可以分别采用常规的“有限元求解模块”和“有限元后处理模块”来实现。

S103、基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度方向和每个数据点的电流密度大小；

需要说明的是，基于等值面，对等值面进行有限元计算处理，确定等值面中每个数据点的电流密度方向的步骤，包括：

S10311、基于所述等值面对应的电位函数，确定所述电位函数在所述等值面中每个数据点处的梯度；

S10312、针对每个数据点，将该数据点的梯度与该数据点的梯度的模的商值确定为该数据点的电流密度方向。

该步骤中，多匝线圈模型中电流的流向是和等值面垂直，因此任何一数据点表征电流流向的方向矢量可以通过该数据点所在的等值面来确定。在本实施例中，多匝线圈模型电流走向已经转化为对应的拉普拉斯方程的有限元求解问题，可以通过“有限元后处理模块”计算出

（x，y，z）的梯度

（x，y，z），电流密度的方向即为归一化的梯度矢量，公式如下：

其中，

为梯度矢量，即电流密度的方向；

为某个数据点的梯度，

为某个数据点的梯度的模；因此，本实施例中的电流密度方向的处理可以直接调用“有限元后处理模块”，计算梯度

，然后对梯度函数做归一化，就可以确定电流密度方向。

需要说明的是，基于等值面，对等值面进行有限元计算处理，确定等值面中每个数据点的电流密度大小的步骤，包括：

S10321、基于所述等值面中的每个数据点构成的多个多边形，将每个多边形的面积的加和确定为所述等值面的面积；

S10322、获取所述多匝线圈模型的线圈匝数以及电流；

S10323、将所述线圈匝数与所述电流的乘积，确定为所述多匝线圈模型的磁势；

S10324、将所述磁势与所述等值面的面积的商值，确定为所述等值面中每个数据点的电流密度大小。

该步骤中，多匝线圈模型中设定电流密度矢量最重要的一个原则就是保证电流值恒定，即在任意一个等值面上，电流密度矢量的法向部分沿着等值面的积分要保持不变，应该等于多匝线圈模型的线圈匝数

乘以导线中的电流

；在本实施例中，认为电流密度大小在每个等值面上是均匀的，因此计算出数据点所在的等值面的面积S，就可以确定出电流密度大小，公式如下：

其中，

为某个数据点的电流密度大小；

为线圈匝数；

为电流；

为多匝线圈模型的磁势。

S104、针对所述等值面中的每个数据点，将该数据点的电流密度方向和该数据点的电流密度大小的乘积确定为该数据点在所述多匝线圈模型中的电流密度矢量。

该步骤中，各数据点的电流密度矢量的公式如下：

其中，

为各数据点的电流密度矢量；这里，“有限元后处理模块”的渲染功能可以将等值面处理为一系列离散的多边形，整个等值面的面积S就是将所有多边形面积计算后叠加。通过上述步骤，基于多匝线圈模型的一些基本设置和参数，例如，模型参数除了包括入射面、出射面、入射面的约束条件以及出射面的约束条件，还包括线圈匝数以及电流，然后分别调用“有限元求解模块”和“有限元后处理模块”的对应功能，就可以得到多匝线圈模型中的电流密度矢量。

需要说明的是，确定方法还包括：

1）、对所述多匝线圈模型中的电流密度矢量进行有限元求解处理以及有限元计算处理，得到所述多匝线圈模型所在的电磁设备的有限元仿真结果。

示例性的，请参阅图3，图3为本申请实施例所提供的一种多匝线圈中电流密度矢量的确定流程的示意图，如图3所示，通过“常规有限元分析流程”中的几何模块，创建几何模型，即多匝线圈模型，通过有限元网格模块，将多匝线圈模型用剖分网格单元进行剖分，得到多匝线圈模型网格，将多匝线圈模型网格通过电磁模块设置分析参数，例如设置多匝线圈的线圈匝数、电流以及入射面和出射面，得到多匝线圈模型参数，进入“确定线圈模型电流密度矢量”流程，本实施例会进行两次有限元分析，在“常规有限元分析流程”中，完成分析参数设置后，进入“确定线圈模型电流密度矢量”流程，会提取多匝线圈模型网格和多匝线圈模型参数，包括线圈匝数、电流、入射面、出射面以及在“入射面”或“出射面”之间的多匝线圈模型上定义拉普拉斯方程

，将“入射面”的约束条件设置为

，将“出射面”约束条件设置为

，调用“有限元求解模块”对多匝线圈模型进行有限元算法求解，得到多匝线圈模型的计算结果，然后再调用“有限元后处理模块”对计算结果进行渲染，根据有限元计算结果得到等值面，从而计算出电流密度大小和对应的电流密度方向，将电流密度大小和对应的电流密度方向作为激励参数返回“常规有限元分析流程”中的有限元算法求解，再将得到的结果进行后处理计算和渲染，开始进行整体的电磁设备的有限元仿真分析。虽然本实施例的技术方案会调用两次“有限元求解模块”和“有限元后处理模块”，但一般来说，多匝线圈的有限元分析规模相比于整个模型的有限元分析规模，可以小一个数量级以上，因此并不会明显增加计算耗时和内存占用情况。该技术方案在用户使用体验上的便捷性就在于对应任意的多匝线圈模型，设置过程完全一样。因为电流密度矢量是通过计算来自动获取，用户只需要指定多匝线圈模型的“入射面”和“出射面”，以及线圈匝数，电流即可。而且不但对于几何形状规则的多匝线圈模型适用，也可以反映出有几何缺陷的多匝线圈模型性质。本实施例在不增加建模复杂性的情况下，借助现有的常规有限元分析模块，调整分析步骤，即可以实现多匝线圈模型的电流密度矢量的设置，适用性广，具有巨大的技术和工业应用价值。

本申请实施例提供的一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法，所述确定方法包括：获取多匝线圈模型以及所述多匝线圈模型中的模型参数；基于所述模型参数，对所述多匝线圈模型进行有限元求解处理，得到反映所述多匝线圈模型中电流走向的等值面；基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度方向和每个数据点的电流密度大小；针对所述等值面中的每个数据点，将该数据点的电流密度方向和该数据点的电流密度大小的乘积确定为该数据点在所述多匝线圈模型中的电流密度矢量。

这样，采用本申请提供的技术方案能够通过创建反映电流走向的等值面，从而确定电流密度矢量方向以及电流密度矢量的大小，自动实现几何构型复杂的多匝线圈的电流密度矢量的确定，且不会增加设置和操作上的复杂性，提高后续建模的便捷性。

基于同一申请构思，本申请实施例中还提供了与上述实施例提供一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法对应的一种多匝线圈中电流密度矢量的确定装置，由于本申请实施例中的装置解决问题的原理与本申请上述实施例一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

请参阅图4、图5，图4为本申请实施例所提供的一种多匝线圈中电流密度矢量的确定装置的结构图之一，图5为本申请实施例所提供的一种多匝线圈中电流密度矢量的确定装置的结构图之二。如图4中所示，所述确定装置410包括：

获取模块411，用于获取多匝线圈模型以及所述多匝线圈模型中的模型参数；

处理模块412，用于基于所述模型参数，对所述多匝线圈模型进行有限元求解处理，得到反映所述多匝线圈模型中电流走向的等值面；

第一确定模块413，用于基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度方向和每个数据点的电流密度大小；

第二确定模块414，用于针对所述等值面中的每个数据点，将该数据点的电流密度方向和该数据点的电流密度大小的乘积确定为该数据点在所述多匝线圈模型中的电流密度矢量。

可选的，所述处理模块412具体用于：

基于所述模型参数中的指示所述多匝线圈模型中电流流入的入射面和指示所述多匝线圈模型中电流流出的出射面，获取所述入射面的约束条件以及所述出射面的约束条件；

将所述入射面和所述出射面之间的区域确定为目标区域，并将所述入射面的约束条件以及所述出射面的约束条件带入拉普拉斯方程中，得到所述目标区域对应的电位函数；

获取所述目标区域中的多个数据点中每个数据点的坐标值，将所述每个数据点的坐标值带入所述电位函数中得到每个数据点的电位值；

将电位值相同的数据点所组成的曲面确定为所述多匝线圈模型的目标区域中反映电流走向的等值面。

可选的，所述第一确定模块413在用于基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度方向时，所述第一确定模块413具体用于：

基于所述等值面对应的电位函数，确定所述电位函数在所述等值面中每个数据点处的梯度；

针对每个数据点，将该数据点的梯度与该数据点的梯度的模的商值确定为该数据点的电流密度方向。

可选的，所述第一确定模块413在用于基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度大小时，所述第一确定模块413具体用于：

基于所述等值面中的每个数据点构成的多个多边形，将每个多边形的面积的加和确定为所述等值面的面积；

获取所述多匝线圈模型的线圈匝数以及电流；

将所述线圈匝数与所述电流的乘积，确定为所述多匝线圈模型的磁势；

将所述磁势与所述等值面的面积的商值，确定为所述等值面中每个数据点的电流密度大小。

可选的，如图5所示，所述确定装置410还包括仿真模块415，所述仿真模块415用于：

对所述多匝线圈模型中的电流密度矢量进行有限元求解处理以及有限元计算处理，得到所述多匝线圈模型所在的电磁设备的有限元仿真结果。

本申请实施例提供的一种多匝线圈中电流密度矢量的确定装置，所述确定装置包括：获取模块，用于获取多匝线圈模型以及所述多匝线圈模型中的模型参数；处理模块，用于基于所述模型参数，对所述多匝线圈模型进行有限元求解处理，得到反映所述多匝线圈模型中电流走向的等值面；第一确定模块，用于基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度方向和每个数据点的电流密度大小；第二确定模块，用于针对所述等值面中的每个数据点，将该数据点的电流密度方向和该数据点的电流密度大小的乘积确定为该数据点在所述多匝线圈模型中的电流密度矢量。

这样，采用本申请提供的技术方案能够通过创建反映电流走向的等值面，从而确定电流密度矢量方向以及电流密度矢量的大小，自动实现几何构型复杂的多匝线圈的电流密度矢量的确定，且不会增加设置和操作上的复杂性，提高后续建模的便捷性。

请参阅图6，图6为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。如图6中所示，所述电子设备600包括处理器610、存储器620和总线630。

所述存储器620存储有所述处理器610可执行的机器可读指令，当电子设备600运行时，所述处理器610与所述存储器620之间通过总线630通信，所述机器可读指令被所述处理器610执行时，可以执行如上述图1以及图2所示方法实施例中的多匝线圈中电流密度矢量的确定方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时可以执行如上述图1以及图2所示方法实施例中的多匝线圈中电流密度矢量的确定方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。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，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，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通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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网络单元上。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，在本申请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。

所述功能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，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请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（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请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、移动硬盘、只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多匝线圈中电流密度矢量的确定方法，其特征在于，所述确定方法包括：

获取多匝线圈模型以及所述多匝线圈模型中的模型参数；

基于所述模型参数，对所述多匝线圈模型进行有限元求解处理，得到反映所述多匝线圈模型中电流走向的等值面；

基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度方向和每个数据点的电流密度大小；

针对所述等值面中的每个数据点，将该数据点的电流密度方向和该数据点的电流密度大小的乘积确定为该数据点在所述多匝线圈模型中的电流密度矢量。

2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述基于所述模型参数，对所述多匝线圈模型进行有限元求解处理，得到反映所述多匝线圈模型中电流走向的等值面的步骤，包括：

基于所述模型参数中的指示所述多匝线圈模型中电流流入的入射面和指示所述多匝线圈模型中电流流出的出射面，获取所述入射面的约束条件以及所述出射面的约束条件；

将所述入射面和所述出射面之间的区域确定为目标区域，并将所述入射面的约束条件以及所述出射面的约束条件带入拉普拉斯方程中，得到所述目标区域对应的电位函数；

获取所述目标区域中的多个数据点中每个数据点的坐标值，将所述每个数据点的坐标值带入所述电位函数中得到每个数据点的电位值；

将电位值相同的数据点所组成的曲面确定为所述多匝线圈模型的目标区域中反映电流走向的等值面。

3.根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于，所述基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度方向的步骤，包括：

基于所述等值面对应的电位函数，确定所述电位函数在所述等值面中每个数据点处的梯度；

针对每个数据点，将该数据点的梯度与该数据点的梯度的模的商值确定为该数据点的电流密度方向。

4.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度大小的步骤，包括：

基于所述等值面中的每个数据点构成的多个多边形，将每个多边形的面积的加和确定为所述等值面的面积；

获取所述多匝线圈模型的线圈匝数以及电流；

将所述线圈匝数与所述电流的乘积，确定为所述多匝线圈模型的磁势；

将所述磁势与所述等值面的面积的商值，确定为所述等值面中每个数据点的电流密度大小。

5.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述确定方法还包括：

对所述多匝线圈模型中的电流密度矢量进行有限元求解处理以及有限元计算处理，得到所述多匝线圈模型所在的电磁设备的有限元仿真结果。

6.一种多匝线圈中电流密度矢量的确定装置，其特征在于，所述确定装置包括：

获取模块，用于获取多匝线圈模型以及所述多匝线圈模型中的模型参数；

处理模块，用于基于所述模型参数，对所述多匝线圈模型进行有限元求解处理，得到反映所述多匝线圈模型中电流走向的等值面；

第一确定模块，用于基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度方向和每个数据点的电流密度大小；

第二确定模块，用于针对所述等值面中的每个数据点，将该数据点的电流密度方向和该数据点的电流密度大小的乘积确定为该数据点在所述多匝线圈模型中的电流密度矢量。

7.根据权利要求6所述的确定装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：

基于所述模型参数中的指示所述多匝线圈模型中电流流入的入射面和指示所述多匝线圈模型中电流流出的出射面，获取所述入射面的约束条件以及所述出射面的约束条件；

将所述入射面和所述出射面之间的区域确定为目标区域，并将所述入射面的约束条件以及所述出射面的约束条件带入拉普拉斯方程中，得到所述目标区域对应的电位函数；

获取所述目标区域中的多个数据点中每个数据点的坐标值，将所述每个数据点的坐标值带入所述电位函数中得到每个数据点的电位值；

将电位值相同的数据点所组成的曲面确定为所述多匝线圈模型的目标区域中反映电流走向的等值面。

8.根据权利要求7所述的确定装置，其特征在于，所述第一确定模块在用于基于所述等值面，对所述等值面进行有限元计算处理，确定所述等值面中每个数据点的电流密度方向时，所述第一确定模块具体用于：

基于所述等值面对应的电位函数，确定所述电位函数在所述等值面中每个数据点处的梯度；

针对每个数据点，将该数据点的梯度与该数据点的梯度的模的商值确定为该数据点的电流密度方向。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线进行通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行如权利要求1至5任一所述的多匝线圈中电流密度矢量的确定方法的步骤。

10.一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上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至5任一所述的多匝线圈中电流密度矢量的确定方法的步骤。

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