(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210836909.5 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 北京全路通信 信号研究设计院集团 有限公司 地址 100070 北京市丰台区丰台科技园汽 车博物馆南路1号院 (72)发明人 阳晋　杨轶轩　乔志超　陈永明　 谢文磊　 (74)专利代理 机构 北京知联天下知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11594 专利代理师 王冲 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 17/18(2006.01) (54)发明名称 一种轨道电路空心线圈电感值的计算方法 及模型 (57)摘要 本发明属于轨道交通技术领域， 特别涉及一 种轨道电路 空心线圈电感值的计算方法及模型， 用于解决空心线圈本身几何尺 寸较大， 若选择足 够远处为场域边界， 矢量磁位A 计算量非常大， 计 算时间长， 且计算准确性不能保证的问题。 本方 案对空心线圈电感选定了一个计算场域， 并给出 了其外边界上矢量磁位A的确定方法， 减少求电 感值的计算量。 相对于现有技术， 本发明避免了 外边界过大的问题， 对于矢量磁位A而言， 计算量 小， 计算快， 且计算准确性得到有效保证， 为提升 轨道电路的稳定性和列车的安全运行做出了贡 献。 权利要求书4页 说明书11页 附图3页 CN 115238544 A 2022.10.25 CN 115238544 A 1.一种轨道电路空心线圈电感值的计算方法， 其特 征在于， 所述计算方法包括： 矢量磁位计算方法和电感值计算方法； 所述矢量磁位计算方法包括： 选定包络空心线圈的球体场域的球面任一点， 根据所述 空心线圈的磁矩和所述球 体场域的半径计算得到所述球面任一 点的矢量磁位； 所述电感值计算方法包括： 根据所述得到的矢量磁位和所述选定的场域， 计算得到磁 场能量； 进一步通过所述磁场能量和所述空心线圈的回路电流， 计算得到空心线圈回路等 效电感L。 2.根据权利要求1中所述的一种轨道电路空心线圈电感值的计算方法， 其特 征在于， 所述电感值计算方法具体包括： 通过 计算得到空心线圈回路等效电感L， 式中Wm为磁 场能量， V为选定磁场所在场域的体积， A为所述球体场域球面任一点的矢量磁位， μ0为真空 磁导率， I为空心线圈的回路电流。 3.根据权利要求1中所述的一种轨道电路空心线圈电感值的计算方法， 其特 征在于， 所述矢量磁位计算方法包括单匝空心线圈的矢量磁位的计算方法和多匝空心线圈的 矢量磁位的计算方法； 所述单匝空心线圈的矢量磁位的计算方法具体包括： 选定场域为以O点为圆心， 以r为 半径的球 体， 所述球 体包络单匝空心线圈， 并以O点 为原点建立x ‑y‑z直角坐标系； 场域外边界球面上任意一点P的坐标为(r, θ, α )， 其 中θ为P点在y ‑z平面投影向量与z轴 的夹角， α 为P点在x ‑y平面投影向量与x轴的夹角； 单匝空心线圈构成的回路l的面积为S， 回路上任一线元dl到P点的距离为R， 则P点的矢 量磁位为： 式中 μ0为真空磁导 率， I为回路l的电流； 利用矢量恒等式将闭合回路曲线积分转 化为面积分， 得到： 式中k为与回路l的回路面垂直的单位矢量， R0为R方向的单位矢量； 当r大于线圈尺度3～5倍时， 认为R≈r， R0≈r0， 故： 式中 μ0为真空磁导率， I为回路l的电流， k为与回路l的回路面垂直的单位矢量， r为 半径 的球体半径， r0为r方向的单位矢量， S为单匝空心线圈构成的回路l的面积；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115238544 A 2将磁矩m＝|m|k ＝ISk代入上式， |m|为标量磁矩， 可 得P点矢量磁位； 4.根据权利要求1所述的一种轨道电路空心线圈电感值的计算方法， 其特 征在于， 所述矢量磁位计算方法包括单匝空心线圈的矢量磁位的计算方法和多匝空心线圈的 矢量磁位的计算方法； 所述多匝空心线圈的矢量磁位的计算方法具体包括： 由多匝线圈绕制而成的跑道型电感L的长宽高分别为 a、 b、 h， 其中a<b， a、 b、 h为正数； 所 述多匝线圈总匝数为 N， N为正整数； 对于空心线圈的每匝线圈选定一个球形场域Vk， 以空心线 圈的几何中心为球心选取一 个球面， 使其能够包络住每 匝线圈对应的球形场域Vk， 所述球面包围住的区域即为跑道型 电感L的最终求解场域D， 其半径可取为 所述球面上 的矢量磁位A即为所需要的外 边界条件； P’为D外表面上的任 意一个观察点， 设第k匝线圈在P ’点产生的矢量磁位为Ak， 到P’点的 距离为rk， 由于rk远大于每匝线圈的线圈尺度， 故根据上述计算， 有： 式中m为磁矩， rk0为rk方向的单位矢量， μ0为真空磁导 率； P’点的矢量磁位 为： 上式为计算跑道型空心线圈电感值的有限元外边界条件， A为矢量磁位。 5.根据权利要求1 ‑4中任意一项所述的一种轨道电路空心线圈电感值的计算方法， 其 特征在于， 所述空心线圈包括方 型、 跑道型、 圆型、 椭圆型或圆柱型线圈。 6.一种轨道电路空心线圈电感值的计算模型， 其特 征在于， 所述计算模型包括： 矢量磁位计算单 元和电感值计算单 元； 矢量磁位计算单元， 用于计算矢量磁位， 选定包络空心线圈的球体场 域的球面任一点， 根据所述空心线圈的磁矩和所述球 体场域的半径计算得到所述球面任一 点的矢量磁位； 电感值计算单元， 用于计算电感值， 根据 所述得到的矢量磁位和所述选定的场 域， 计算 得到磁场能量； 进一步根据所述得到的磁场能量和所述空心线圈的回路电流， 计算得到单 匝空心线圈回路等效电感L。 7.根据权利要求6所述的一种轨道电路空心线圈电感值的计算模型， 其特 征在于， 所述电感值计算单 元具体包括，权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115238544 A 3