技術(shù)特征：

1.一種溫度場(chǎng)-熱路直接耦合的電機(jī)熱分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)，對(duì)需要進(jìn)行溫升計(jì)算的電機(jī)進(jìn)行分析，選定需要采用有限元法建模的區(qū)域和熱路法建模的區(qū)域，以及連接兩種區(qū)域的等效對(duì)流邊界和等效溫度邊界；對(duì)有限元建模的區(qū)域進(jìn)行幾何建模、設(shè)定參數(shù)和網(wǎng)格剖分；對(duì)熱路建模的區(qū)域根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式建立熱路模型，并計(jì)算每個(gè)熱阻、熱容和熱源的數(shù)值；

2)，將每個(gè)熱路模型中的單元轉(zhuǎn)化成一維有限元單元；

3)，確定包含等效對(duì)流邊界和等效溫度邊界的導(dǎo)熱微分方程的弱解形式；

4)，構(gòu)建等效對(duì)流邊界對(duì)應(yīng)的邊界單元；

5)，構(gòu)建等效溫度邊界對(duì)應(yīng)的邊界單元；

6)，將體單元、邊界單元以和一維有限元單元的單元矩陣疊加到整體剛度矩陣、整體質(zhì)量矩陣和整體載荷矩陣中去，求解整體方程組，同時(shí)得出熱路區(qū)域和有限元區(qū)域的溫度分布。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度場(chǎng)-熱路直接耦合的電機(jī)有限元熱分析方法，其特征在于：所述步驟2)中，對(duì)于熱路模型中的一個(gè)單元，設(shè)其熱阻為R，熱阻兩端節(jié)點(diǎn)溫度分別為T(mén)₁和T₂，兩端節(jié)點(diǎn)連接的熱熔為C₁和C₂，兩端節(jié)點(diǎn)連接的集中熱源為f₁和f₂，從其它節(jié)點(diǎn)或邊界流入兩端節(jié)點(diǎn)的總熱流為Q₁和Q₂，根據(jù)能量守恒定律可得：

$\[C\]\·\left\{\frac{dT}{dt}\right\}+\[R\]\·\left\{T\right\}=\left\{f\right\}+\left\{Q\right\}$

$\begin{array}{cc}\[C\]=\left[\begin{array}{cc}{C}_1& 0\\ 0& C_2\end{array}\right],\[R\]=\left[\begin{array}{cc}\frac{1}{R}& -\frac{1}{R}\\ -\frac{1}{R}& \frac{1}{R}\end{array}\right],\left\{\frac{dT}{dt}\right\}=\left[\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{dT}}_1}{dt}\\ \frac{{\mathrm{dT}}_2}{dt}\end{array}\right]& \left\{T\right\}=\left[\begin{array}{c}{T}_1\\ T_2\end{array}\right],\left\{f\right\}=\left[\begin{array}{c}{f}_1\\ f_2\end{array}\right],\left\{Q\right\}=\left[\begin{array}{c}{Q}_1\\ Q_2\end{array}\right]\end{array}$

其中，表示熱阻兩端節(jié)點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化率；對(duì)比于有限元計(jì)算中單元?jiǎng)偠染仃嚒卧|(zhì)量矩陣和單元載荷矩陣的結(jié)構(gòu)，[C]就是該熱路單元所對(duì)應(yīng)的一維有限元單元的單元質(zhì)量矩陣，[R]為對(duì)應(yīng)的單元?jiǎng)偠染仃?，{f}為對(duì)應(yīng)的單元載荷矩陣；{Q}為對(duì)應(yīng)從其它節(jié)點(diǎn)或邊界流入兩端節(jié)點(diǎn)的總熱流矩陣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度場(chǎng)-熱路直接耦合的電機(jī)有限元熱分析方法，其特征在于：所述步驟3)中，包含等效對(duì)流邊界和等效溫度邊界的偏微分方程弱解形式為：

$\begin{array}{c}\underset{\mathrm{\Ω}}{\∫}c\frac{\∂T}{\∂t}\mathrm{\δ}T\·d\mathrm{\Ω}+\underset{\mathrm{\Ω}}{\∫}\left(k\▿T\right)\·\left(\▿\mathrm{\δ}T\right)\·d\mathrm{\Ω}+\underset{{\mathrm{\Γ}}_{hu}}{\∫}{h}_u\left(T-T_u\right)\·\mathrm{\δ}T\·d\mathrm{\Γ}+\underset{{\mathrm{\Γ}}_a}{\∫}{h}_a\·T\·\mathrm{\δ}T\·d\mathrm{\Γ}\\ =\underset{{\mathrm{\Γ}}_a}{\∫}{h}_a\·T_a\·\mathrm{\δ}T\·d\mathrm{\Γ}+\underset{\mathrm{\Ω}}{\∫}q\·\mathrm{\δ}T\·d\mathrm{\Ω}+\underset{{\mathrm{\Γ}}_{Te}}{\∫}\left(k\frac{\∂T}{\∂n}\right)\·\mathrm{\δ}T\·d\mathrm{\Γ}\end{array}$

其中，Ω為求解區(qū)域，對(duì)應(yīng)為進(jìn)行網(wǎng)格剖分的幾何模型；c為材料密度和比熱容的乘積，T為溫度，t為時(shí)間，k為導(dǎo)熱系數(shù)，δT為虛位移，為哈密頓算子；Г_hu為等效對(duì)流邊界，h_u為Г_hu上的對(duì)流散熱系數(shù)，T_u為Г_hu對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度，它等于熱路區(qū)域中某個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度；Γ_a為有限元區(qū)域上的普通對(duì)流邊界，h_a為Γ_a上面的對(duì)流散熱系數(shù)，T_a為Γ_a對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度；Γ為邊界變量，q為熱源密度；Г_Te為等效溫度邊界，n為外邊界的單位法向量。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述溫度場(chǎng)-熱路直接耦合的電機(jī)有限元熱分析方法，其特征在于：所述步驟4)中，根據(jù)能量守恒定律得到等效對(duì)流邊界上有：

$\underset{{\mathrm{\Γ}}_{hu}}{\∫}{h}_u\·(T_u-T)\·d\mathrm{\Γ}=Q_u$

其中，Q_u為從熱路區(qū)域和其它邊界中流入等效對(duì)流邊界Г_hu的總熱流；采用有限元法對(duì)求解區(qū)域進(jìn)行離散剖分時(shí)，若等效對(duì)流邊界上的單元e上的溫度T^(e)表示為：

$T^{\left(e\right)}=\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{T}_j^{\left(e\right)}\·N_j^{\left(e\right)}$

其中，m為單元e包含的節(jié)點(diǎn)總數(shù)，為節(jié)點(diǎn)j的溫度，為節(jié)點(diǎn)j對(duì)應(yīng)的單元插值基函數(shù)；則在等效對(duì)流邊界上的能量守恒表達(dá)式的離散化表達(dá)式為：

$\underset{{\mathrm{\Γ}}_{hu}}{\Σ}\[h_u\·T_u\·S_e-\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\left(T_j^{\left(e\right)}\·\underset{{\mathrm{\Γ}}_e}{\∫}{h}_u\·N_j^{\left(e\right)}\·d\mathrm{\Γ}\right))=\underset{{\mathrm{\Γ}}_{hu}}{\Σ}{Q}_u^{\left(e\right)}=Q_u$

其中，S_e為單元e的面積，Г_e為單元e所在的區(qū)域，Q_u^(e)為從單元e中流入的熱流；根據(jù)修改離散化表達(dá)式和弱解形式中的左端第三項(xiàng)得到等效對(duì)流邊界單元對(duì)應(yīng)的單元?jiǎng)偠染仃?img id="icf0011" file="FDA0001111550310000026.GIF" wi="123" he="77" img-content="drawing" img-format="GIF" orientation="portrait" inline="no" />為：

${\[N\]}_{{\mathrm{\Γ}}_{hu}}^{\left(e\right)}=\left[\begin{array}{ccccc}{a}_{1,1}& a_{1,2}& ...& a_{1,m}& b_{1,(m+1)}\\ a_{2,1}& a_{2,2}& ...& a_{2,m}& b_{2,(m+1)}\\ ...& ...& ...& ...& ...\\ a_{m,1}& a_{m,2}& ...& a_{m,m}& b_{m,(m+1)}\\ b_{(m+1),1}& b_{(m+1),2}& ...& b_{(m+1),m}& c_{(m+1),(m+1)}\end{array}\right]$

其中，m+1對(duì)應(yīng)于熱路區(qū)域中代表Г_hu對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度的節(jié)點(diǎn)，矩陣元素a_i,j、b_i,j和c_i,j為：

$a_{i,j}=\underset{{\mathrm{\Γ}}_e}{\∫}{h}_u\·N_i^{\left(e\right)}\·N_j^{\left(e\right)}\·d\mathrm{\Γ}$

$b_{i,(m+1)}=b_{(m+1),i}=-\underset{{\mathrm{\Γ}}_e}{\∫}{h}_u\·N_i^{\left(e\right)}\·d\mathrm{\Γ}$

c_(m+1),(m+1)＝h_u·S_e

節(jié)點(diǎn)i對(duì)應(yīng)的單元插值基函數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述溫度場(chǎng)-熱路直接耦合的電機(jī)有限元熱分析方法，其特征在于：所述步驟5)中，根據(jù)能量守恒定律得到等效溫度邊界上有：

$\underset{{\mathrm{\Γ}}_{Te}}{\∫}(k\·\frac{\∂T}{\∂n})\·d\mathrm{\Γ}=Q_e$

其中，Q_e為從熱路法建模的區(qū)域和其它邊界中流入等效溫度邊界Г_Te的總熱流；若包含不止一個(gè)節(jié)點(diǎn)在等效溫度邊界Г_Te上的體單元w上的溫度T^(w)表示為：

$T^{\left(w\right)}=\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_j^{\left(w\right)}\·N_j^{\left(w\right)}=\underset{j=1}{\overset{l}{\Σ}}{T}_j^{\left(w\right)}\·N_j^{\left(w\right)}+T_e\·\underset{j=l+1}{\overset{n}{\Σ}}{N}_j^{\left(w\right)}$

其中，是體單元w中節(jié)點(diǎn)j的溫度，為體單元w中節(jié)點(diǎn)j對(duì)應(yīng)的單元插值基函數(shù)；體單元w中包含的總節(jié)點(diǎn)數(shù)為n，其中節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)l不在等效溫度邊界Г_Te上，而節(jié)點(diǎn)l+1到節(jié)點(diǎn)n在等效溫度邊界Г_Te上，位于等效溫度邊界Г_Te上的所有節(jié)點(diǎn)的溫度都是T_e；

對(duì)于體單元w來(lái)說(shuō)，若假設(shè)根據(jù)弱解形式可得一個(gè)單元上平衡方程為：

${\[C\]}^{\left(w\right)}\·\frac{d}{dt}{\left\{T\right\}}^{\left(w\right)}+{\[K\]}^{\left(w\right)}\·{\left\{T\right\}}^{\left(w\right)}={\left\{f\right\}}^{\left(w\right)}+{\left\{Q\right\}}^{\left(w\right)}$

${\[C\]}^{\left(w\right)}=\left[\begin{array}{ccccc}{c}_{1,1}^{\left(w\right)}& ...& c_{1,l}^{\left(w\right)}& ...& c_{1,n}^{\left(w\right)}\\ ...& ...& ...& ...& ...\\ c_{l,1}^{\left(w\right)}& ...& c_{l,l}^{\left(w\right)}& ...& c_{l,n}^{\left(w\right)}\\ ...& ...& ...& ...& ...\\ c_{n,1}^{\left(w\right)}& ...& c_{n,l}^{\left(w\right)}& ...& c_{n,n}^{\left(w\right)}\end{array}\right],{\[K\]}^{\left(w\right)}=\left[\begin{array}{ccccc}{k}_{1,1}^{\left(w\right)}& ...& k_{1,l}^{\left(w\right)}& ...& k_{1,n}^{\left(w\right)}\\ ...& ...& ...& ...& ...\\ k_{l,1}^{\left(w\right)}& ...& k_{l,l}^{\left(w\right)}& ...& k_{l,n}^{\left(w\right)}\\ ...& ...& ...& ...& ...\\ k_{n,1}^{\left(w\right)}& ...& k_{n,l}^{\left(w\right)}& ...& k_{n,n}^{\left(w\right)}\end{array}\right],{\left\{f\right\}}^{\left(w\right)}=\left[\begin{array}{c}{f}_1^{\left(w\right)}\\ ...\\ f_l^{\left(w\right)}\\ ...\\ f_n^{\left(w\right)}\end{array}\right],{\left\{T\right\}}^{\left(w\right)}=\left[\begin{array}{c}{T}_1^{\left(w\right)}\\ ...\\ T_l^{\left(w\right)}\\ ...\\ T_n^{\left(w\right)}\end{array}\right],$

${\left\{Q\right\}}^{\left(w\right)}={\left[\begin{array}{ccccc}0& ...& \underset{{\mathrm{\Γ}}_w}{\∫}{N}_{l+1}^{\left(w\right)}k\frac{\∂T}{\∂n}d\mathrm{\Γ}& ...& \underset{{\mathrm{\Γ}}_w}{\∫}{N}_n^{\left(w\right)}k\frac{\∂T}{\∂n}d\mathrm{\Γ}\end{array}\right]}^T$

其中，[C]^(w)、[K]^(w)和{f}^(w)分別為體單元的單元質(zhì)量矩陣、單元?jiǎng)偠染仃嚭蛦卧d荷矩陣；{T}^(w)為每個(gè)節(jié)點(diǎn)溫度組成的向量，{Q}^(w)表示從邊界節(jié)點(diǎn)中流入的熱流向量；Γ_w為體單元w在Г_Te上的面；

對(duì)于包含不止一個(gè)節(jié)點(diǎn)在等效溫度邊界Г_Te上的體單元w上，由于其上節(jié)點(diǎn)l+1到節(jié)點(diǎn)n的溫度均等于T_e，上述單元矩陣被合并表示為：

${\[C\]}^{\left(w\right)}=\left[\begin{array}{cccc}{c}_{1,1}^{\left(w\right)}& ...& c_{1,l}^{\left(w\right)}& \underset{j=l+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{1,j}^{\left(w\right)}\\ ...& ...& ...& ...\\ c_{l,1}^{\left(w\right)}& ...& c_{l,l}^{\left(w\right)}& \underset{j=l+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{l,j}^{\left(w\right)}\\ \underset{j=l+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{j,1}^{\left(w\right)}& ...& \underset{j=l+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{j,l}^{\left(w\right)}& \underset{i=l+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=l+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{i,j}^{\left(w\right)}\end{array}\right],{\[K\]}^{\left(w\right)}=\left[\begin{array}{cccc}{k}_{1,1}^{\left(w\right)}& ...& k_{1,l}^{\left(w\right)}& \underset{j=l+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_{1,j}^{\left(w\right)}\\ ...& ...& ...& ...\\ k_{l,1}^{\left(w\right)}& ...& k_{l,l}^{\left(w\right)}& \underset{j=l+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_{l,j}^{\left(w\right)}\\ \underset{j=l+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_{j,1}^{\left(w\right)}& ...& \underset{j=l+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_{j,l}^{\left(w\right)}& \underset{i=l+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=l+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_{i,j}^{\left(w\right)}\end{array}\right],{\left\{f\right\}}^{\left(w\right)}=\left[\begin{array}{c}{f}_1^{\left(w\right)}\\ ...\\ f_l^{\left(w\right)}\\ \underset{j=l+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{f}_j^{\left(w\right)}\end{array}\right],$

{T}^(w)＝[T₁^(w) ... T_l^(w) T_e]^T,

${\left\{Q\right\}}^{\left(w\right)}={\left[\begin{array}{cccc}0& ...& 0& \underset{{\mathrm{\Γ}}_w}{\∫}\underset{j=l+1}{\overset{n}{\Σ}}{N}_j^{\left(w\right)}k\frac{\∂T}{\∂n}d\mathrm{\Γ}\end{array}\right]}^T={\left[\begin{array}{cccc}0& ...& 0& \underset{{\mathrm{\Γ}}_w}{\∫}k\frac{\∂T}{\∂n}d\mathrm{\Γ}\end{array}\right]}^T={\left[\begin{array}{cccc}0& ...& 0& Q_e^{\left(w\right)}\end{array}\right]}^T$

其中，Q_e^(w)表示經(jīng)由體單元w在等效溫度邊界Г_Te上的面流入的熱流，它們的總和等于Q_e；在將體單元w的單元矩陣合并到整體矩陣的過(guò)程當(dāng)中，等效溫度邊界上的所有節(jié)點(diǎn)與該邊界在熱路區(qū)域中對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)在整體矩陣中占有相同的位置。