永磁電機（第3版）

目錄
前言
第2 版前言
章 概論 1
節(jié) 永磁材料的發(fā)展及其應(yīng)用概況 · 1
一、永磁材料的分類 1
二、永磁材料的發(fā)展歷史 1
三、永磁材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況 · 3
四、永磁材料的應(yīng)用領(lǐng)域 4
第二節(jié) 永磁電機及其發(fā)展概況 4
一、永磁電機的發(fā)展歷史 4
二、永磁電機的分類與特點 · 6
三、永磁電機的應(yīng)用 7
參考文獻(xiàn) 8
第二章 永磁材料 9
節(jié) 永磁材料的磁性與分類 9
一、磁性的來源 9
二、鐵磁材料的分類 10
三、常用的磁學(xué)單位制 · 10
第二節(jié) 永磁材料的主要性能參數(shù) 11
一、鐵磁材料的磁滯回線 · 11
二、永磁材料的退磁曲線與內(nèi)稟退磁曲線 · 11
三、永磁材料的磁性能參數(shù) 12
四、永磁材料的物理參數(shù) · 14
五、永磁材料的力學(xué)參數(shù) · 15
第三節(jié) 主要永磁材料的種類及特點 15
一、馬氏體永磁材料 15
二、鐵鎳鈷基永磁材料 · 16
三、可加工永磁材料 18
四、鐵氧體永磁材料 19
五、釤鈷永磁材料 20
六、釹鐵硼永磁材料 22
七、粘結(jié)永磁材料 24
第四節(jié) 永磁材料的磁性能穩(wěn)定性 25
一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化 25
二、磁后效 25
三、化學(xué)因素 25
四、溫度 · 25
五、外磁場 26
六、與強磁性物質(zhì)的接觸 · 26
七、核輻射 26
八、振動與沖擊 26
第五節(jié) 永磁材料的腐蝕與防護 26
一、釹鐵硼永磁材料的腐蝕與防護 26
二、釤鈷永磁材料的腐蝕與防護 28
第六節(jié) 永磁材料的制備 28
一、鐵氧體永磁材料的制備 28
二、燒結(jié)釹鐵硼永磁材料的制備 29
三、燒結(jié)釤鈷永磁材料的制備 29
四、鋁鎳鈷永磁材料的制備 30
五、粘結(jié)永磁材料的制備 · 30
六、永磁材料的定向技術(shù) · 30
第七節(jié) 永磁材料磁性能的測量 31
一、磁通的測量 31
二、磁通密度的測量 32
三、永磁材料退磁曲線的測量 32
參考文獻(xiàn) 33
第三章 永磁電機的磁路及其計算 34
節(jié) 磁場與磁路 34
一、磁感應(yīng)強度、磁場強度、磁導(dǎo)率 34
二、磁通、磁壓、磁動勢 · 34
三、磁路參數(shù) 34
第二節(jié) 永磁電機的磁極結(jié)構(gòu) 35
一、按永磁體所在的位置分類 36
二、按所用永磁材料的種類分類 36
三、按永磁體安置方式分類 36
四、按永磁體的形狀分類 · 36
第三節(jié) 永磁電機的等效磁路 39
一、永磁體的等效磁路 · 39
二、外磁路 41
三、永磁電機的等效磁路 · 41
第四節(jié) 永磁電機外磁路的計算 42
一、內(nèi)置式永磁電機漏磁系數(shù)的計算 42
二、永磁直流電機氣隙磁壓降的計算 44
三、外磁路的計算 55
四、漏磁路的計算 55
第五節(jié) 永磁體工作點的確定方法 56
一、永磁體工作圖法 56
二、用計算機求解永磁體工作圖 57
三、永磁體工作點的解析法 58
第六節(jié) 永磁體的設(shè)計 61
一、永磁體的選擇 61
二、永磁體的設(shè)計 62
三、永磁體尺寸的確定 · 62
四、表面式永磁電機氣隙磁通密度的估算 · 63
參考文獻(xiàn) 64
第四章 永磁電機的磁場分析 65
節(jié) 磁場的偏微分方程邊值問題 65
一、位函數(shù)滿足的偏微分方程 65
二、邊界條件的確定 66
三、偏微分方程的邊值問題 68
第二節(jié) 有限元法的基本原理 68
一、條件變分問題 68
二、剖分插值 69
三、單元分析 70
四、總體合成 71
五、強加邊界條件的處理 · 71
六、方程組求解 71
第三節(jié) 永磁體的等效 72
一、磁化矢量法 72
二、等效面電流法 73
三、瓦片形磁極的等效 · 74
第四節(jié) 基于場路耦合的渦流場分析 76
一、渦流場分析的有限元模型及其離散化處理 76
二、渦流場分析的若干問題 77
三、與外部電路的耦合 · 78
第五節(jié) 基于有限元分析的參數(shù)計算 79
一、磁通和磁鏈的計算 · 80
二、氣隙磁通密度徑向分量的分布 80
三、電感的計算 81
四、損耗的計算 81
五、電磁轉(zhuǎn)矩的計算 81
第六節(jié) 電機有限元分析中若干問題的處理 82
一、疊片鐵心的處理 82
二、類邊界條件的確定 84
三、槽內(nèi)電流的處理 84
四、周期性邊界條件的應(yīng)用 84
五、運動邊界的處理 85
參考文獻(xiàn) 86
第五章 永磁電機的齒槽轉(zhuǎn)矩 87
節(jié) 表面式永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩的解析分析方法 87
一、齒槽轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生機理 · 87
二、齒槽轉(zhuǎn)矩的解析分析方法 87
三、表面式永磁電機的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法 · 90
四、極槽配合、斜極和斜槽對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響 91
第二節(jié) 基于分段斜極的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法 93
第三節(jié) 基于極弧系數(shù)選擇的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法 96
一、平行充磁瓦片形磁極永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩分析 96
二、基于極弧系數(shù)選擇的永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法 96
第四節(jié) 基于不等槽口寬配合的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法 99
一、采用不等槽口寬配合時的齒槽轉(zhuǎn)矩解析表達(dá)式 100
二、基于不等槽口寬配合的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法 · 101
三、計算實例 · 102
第五節(jié) 基于磁極偏移的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法 · 103
一、磁極偏移時的齒槽轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 103
二、磁極偏移角度的確定 104
第六節(jié) 基于不等厚永磁磁極的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法 · 107
一、不等厚磁極結(jié)構(gòu) 107
二、基于不等厚磁極的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法 108
第七節(jié) 基于不等極弧系數(shù)組合的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法 · 109
一、不等極弧系數(shù)組合時的齒槽轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 109
二、極弧系數(shù)組合的確定 110
第八節(jié) 基于開輔助槽的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法 · 111
一、有輔助槽時的齒槽轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 111
二、輔助槽數(shù)的選擇 113
第九節(jié) 基于不等極弧系數(shù)的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法 · 115
一、基于不等極弧系數(shù)的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法 115
二、齒槽轉(zhuǎn)矩的解析分析 116
三、有限元法確定Brn 小時的kt 值 117
四、有限元驗證 · 117
五、適用范圍 · 118
第十節(jié) 轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心對表面式永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩的影響 · 119
一、轉(zhuǎn)子偏心對氣隙磁通密度分布的影響 120
二、轉(zhuǎn)子偏心永磁電機的等效 · 120
三、轉(zhuǎn)子偏心電機的齒槽轉(zhuǎn)矩分析 121
四、偏心對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響 · 123
第十一節(jié) 內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁無刷電機的齒槽轉(zhuǎn)矩及其削弱 · 126
一、表面式內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁無刷電機的齒槽轉(zhuǎn)矩及其削弱 127
二、內(nèi)置式內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁無刷電機的齒槽轉(zhuǎn)矩及其削弱 127
參考文獻(xiàn) 134
第六章 永磁直流電動機 136
節(jié) 永磁直流電動機的結(jié)構(gòu) 136
一、磁極結(jié)構(gòu) · 136
二、電樞結(jié)構(gòu) · 138
第二節(jié) 永磁直流電動機的基本方程 · 140
一、電壓平衡方程 140
二、感應(yīng)電動勢 140
三、電磁轉(zhuǎn)矩 · 140
四、電磁功率 · 141
五、功率平衡方程 141
六、轉(zhuǎn)矩平衡方程 141
七、電磁參數(shù) · 141
第三節(jié) 永磁直流電動機的工作特性 · 142
一、轉(zhuǎn)速特性 · 142
二、轉(zhuǎn)矩特性 · 142
三、機械特性 · 143
四、效率特性 · 143
第四節(jié) 永磁直流電動機的電樞反應(yīng) · 143
一、負(fù)載時氣隙中的磁動勢和磁場 143
二、交軸電樞反應(yīng)和直軸電樞反應(yīng) 144
三、電樞反應(yīng)對電機運行的影響 145
四、電樞反應(yīng)去磁時永磁體工作點的校核 · 145
第五節(jié) 永磁直流電動機的調(diào)速 145
一、電樞回路串電阻調(diào)速 146
二、改變主磁通調(diào)速 146
三、改變電壓調(diào)速 146
第六節(jié) 帶輔助極永磁直流電動機 · 147
一、帶輔助極永磁直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理 · 147
二、帶輔助極永磁直流電動機的性能特點 147
三、實際應(yīng)用 · 148
第七節(jié) 換向 149
一、換向過程 · 149
二、電刷及其選擇 151
三、火花等級 · 153
四、改善換向的方法 153
第八節(jié) 永磁直流電動機的設(shè)計 · 153
一、永磁直流電機的額定數(shù)據(jù)和性能指標(biāo) 154
二、主要尺寸 · 154
三、永磁體尺寸的確定 155
四、極數(shù)的選擇 · 155
五、電樞沖片的設(shè)計 155
六、換向器和電刷 156
七、換向條件的校核 157
第九節(jié) 永磁直流電動機的電磁設(shè)計程序和算例 · 158
一、額定數(shù)據(jù) · 158
二、主要尺寸及永磁體尺寸的選擇 159
三、電樞沖片及電樞繞組的計算 · 160
四、磁路計算 · 163
五、負(fù)載工作點計算 164
六、換向計算 · 165
七、去磁校核 166
八、工作特性 · 167
參考文獻(xiàn) 170
第七章 永磁無刷直流電動機 · 171
節(jié) 永磁無刷直流電動機的工作原理與結(jié)構(gòu) · 171
一、永磁無刷直流電動機的工作原理 171
二、永磁無刷直流電動機的結(jié)構(gòu) · 173
第二節(jié) 永磁無刷直流電動機工作特性的傳統(tǒng)計算方法 · 178
一、基于方波的永磁無刷直流電動機特性計算 · 178
二、基于正弦波的永磁無刷直流電動機特性計算 · 179
第三節(jié) 永磁無刷直流電動機氣隙磁場的解析計算 · 180
一、表面式永磁無刷直流電動機氣隙磁場的解析計算模型 181
二、永磁磁場解析計算算例 · 189
三、空載電動勢的計算 189
第四節(jié) 電樞反應(yīng)磁場及相繞組電感參數(shù)的計算 · 191
一、電樞反應(yīng)磁場的解析計算 · 191
二、繞組電感參數(shù)的計算 194
第五節(jié) 永磁無刷直流電動機的場路耦合模型 · 194
一、永磁無刷直流電動機的場路耦合模型 194
二、算例 197
第六節(jié) 基于場路耦合的永磁無刷直流電動機電磁性能計算 · 198
一、基于場路耦合的永磁無刷直流電動機的電磁性能計算方法 · 198
二、特性分析計算 199
三、計算實例 · 202
第七節(jié) 永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩波動 · 203
一、永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩波動概述 203
二、換向轉(zhuǎn)矩波動 204
第八節(jié) 永磁無刷直流電動機的設(shè)計特點 · 209
一、電機工作方式的確定 209
二、電磁負(fù)荷的選擇 210
三、極數(shù)、槽數(shù)的確定 210
第九節(jié) 永磁無刷電機位置傳感器的位置確定 · 210
一、霍爾傳感器安裝位置與三相繞組磁動勢軸線的關(guān)系 211
二、分?jǐn)?shù)槽集中繞組無刷電機霍爾元件位置的確定方法 212
第十節(jié) 永磁無刷直流電動機的控制器 · 214
一、逆變開關(guān)電路 214
二、驅(qū)動電路 · 215
三、控制電路 · 216
四、控制器實例 218
第十一節(jié) 永磁無刷直流電動機的無位置傳感器控制 · 222
一、無位置傳感器控制技術(shù)的位置檢測方法 · 222
二、基于專用芯片的無位置傳感器無刷直流電動機控制 223
三、無位置傳感器永磁無刷直流電動機的控制原理圖 227
參考文獻(xiàn) 228
第八章 異步起動永磁同步電動機 229
節(jié) 異步起動永磁同步電動機的結(jié)構(gòu)與特點 · 229
一、異步起動永磁同步電動機的結(jié)構(gòu) 229
二、異步起動永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu) · 231
三、轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的選擇原則 · 233
四、異步起動永磁同步電動機的特點 234
第二節(jié) 異步起動永磁同步電動機的基本電磁關(guān)系 · 235
一、轉(zhuǎn)速 235
二、氣隙磁場的有關(guān)系數(shù) 235
三、感應(yīng)電動勢 240
四、永磁同步電動機的相量圖 · 241
五、交直軸電樞反應(yīng)電抗 242
六、永磁同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩 243
七、永磁同步電動機的V 形曲線 · 245
第三節(jié) 異步起動永磁同步電動機的工作特性計算 · 247
一、損耗計算 · 247
二、工作特性的計算 248
第四節(jié) 永磁同步電動機的起動過程與起動性能計算 · 249
一、起動過程中的磁場 249
二、起動過程中的轉(zhuǎn)矩分析 · 250
三、起動過程中平均轉(zhuǎn)矩的計算 · 251
四、起動過程仿真 251
五、起動轉(zhuǎn)矩的定義與測定 · 252
第五節(jié) 提高永磁同步電動機性能的技術(shù)措施 · 254
一、提高起動轉(zhuǎn)矩的措施 254
二、提高功率因數(shù)的措施 254
三、提高效率、擴大經(jīng)濟運行范圍的措施 255
第六節(jié) 永磁同步電動機性能的敏感性分析 · 258
一、外加電壓的影響 258
二、永磁材料分散性的影響 · 261
三、環(huán)境溫度的影響 263
第七節(jié) 異步起動永磁同步電動機的電磁設(shè)計 · 267
一、異步起動永磁同步電動機的額定數(shù)據(jù)和主要性能指標(biāo) 267
二、定子沖片尺寸和氣隙長度的確定 268
三、定子繞組的設(shè)計 268
四、轉(zhuǎn)子鐵心的設(shè)計 269
第八節(jié) 異步起動永磁同步電動機的電磁計算程序和算例 · 270
一、額定數(shù)據(jù)和技術(shù)要求 270
二、主要尺寸 · 270
三、永磁體計算 · 271
四、定、轉(zhuǎn)子沖片 271
五、繞組計算 · 274
六、磁路計算 · 276
七、參數(shù)計算 · 280
八、工作特性計算 284
九、起動性能計算 287
參考文獻(xiàn) 292
第九章 永磁同步發(fā)電機 · 293
節(jié) 永磁同步發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 · 293
一、永磁同步發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu) · 293
二、永磁同步發(fā)電機的工作原理 · 296
第二節(jié) 永磁同步發(fā)電機的電樞反應(yīng) · 297
一、電樞電流I& 與勵磁電動勢0 E& 同相位 298
二、電樞電流I& 與勵磁電動勢0 E& 不同相位 299
第三節(jié) 永磁同步發(fā)電機的磁場波形系數(shù)與參數(shù)計算 · 300
一、氣隙磁場的有關(guān)系數(shù) 300
二、電抗參數(shù)的計算 302
第四節(jié) 永磁同步發(fā)電機的電壓方程和相量圖 · 302
第五節(jié) 永磁同步發(fā)電機的功率方程、轉(zhuǎn)矩方程和功角特性 · 303
一、功率方程 · 303
二、轉(zhuǎn)矩方程 · 303
三、功角特性 · 303
第六節(jié) 永磁同步發(fā)電機的運行特性 · 304
一、外特性與電壓調(diào)整率 304
二、效率特性 · 305
第七節(jié) 直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機 305
一、直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) · 305
二、結(jié)構(gòu)特點 · 306
三、直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的特點 307
四、直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機存在的問題 · 308
五、典型的直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機 308
第八節(jié) 混合勵磁永磁同步發(fā)電機 · 310
一、組合轉(zhuǎn)子混合勵磁同步發(fā)電機 310
二、勵磁繞組內(nèi)嵌式混合勵磁電機 312
三、順極式混合勵磁同步發(fā)電機 313
四、爪極混合勵磁同步發(fā)電機 · 314
第九節(jié) 表面凸出式永磁同步發(fā)電機的電磁計算程序和算例 · 317
一、額定數(shù)據(jù) · 317
二、永磁材料性能 317
三、定子鐵心 · 318
四、定子繞組 · 319
五、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)尺寸 320
六、磁路計算 · 321
七、參數(shù)計算 · 323
八、電壓調(diào)整率和短路電流的計算 326
九、損耗和效率的計算 327
參考文獻(xiàn) 327
第十章 調(diào)速永磁同步電動機 329
節(jié) 調(diào)速永磁同步電動機的基本結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型 · 329
一、調(diào)速永磁同步電動機的基本結(jié)構(gòu) 329
二、調(diào)速永磁同步電動機的數(shù)學(xué)模型 330
第二節(jié) 調(diào)速永磁同步電動機的矢量控制 · 333
一、矢量控制原理 333
二、永磁同步電動機的電流控制策略 334
三、調(diào)速永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng) 336
第三節(jié) 調(diào)速永磁同步電動機矢量控制時的功率特性及弱磁擴速能力分析 · 336
一、矢量控制調(diào)速永磁同步電動機性能的分析方法 336
二、永磁同步電動機恒轉(zhuǎn)矩控制和普通弱磁控制時的功率特性 · 337
三、永磁同步電動機輸入功率弱磁控制時的功率特性 340
四、永磁同步電動機弱磁擴速能力的提高 343
五、其他因素對電機功率特性及弱磁擴速能力的影響 344
第四節(jié) 調(diào)速永磁同步電動機電感參數(shù)計算方法 · 345
一、交、直電感的計算方法 · 345
二、交、直軸電流對交、直軸電感的影響 345
第五節(jié) 調(diào)速永磁同步電動機矢量控制運行的實現(xiàn) · 347
一、驅(qū)動系統(tǒng)概述 347
二、位置傳感器的選用及安裝 · 348
三、電機位置、速度的采樣 · 348
四、PMSM 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 · 349
第六節(jié) 調(diào)速永磁同步電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制 · 351
一、概述 351
二、永磁同步電動機M ? T 坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)矩方程 351
三、基于定子相電壓矢量的定子磁鏈控制 352
四、PMSM 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 354
第七節(jié) 調(diào)速永磁同步電動機的電磁設(shè)計 · 355
一、主要尺寸及氣隙選擇 356
二、轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的選擇 357
三、永磁體選擇及設(shè)計 357
四、永磁磁通密度波形優(yōu)化 · 357
五、齒槽轉(zhuǎn)矩的抑制和低速平穩(wěn)性的改善 358
參考文獻(xiàn) 358
第十一章 特殊結(jié)構(gòu)永磁電機 · 360
節(jié) 橫向磁通永磁電機 · 360
一、橫向磁通永磁電機的結(jié)構(gòu)與工作原理 360
二、橫向磁通永磁電機的特點 · 361
三、橫向磁通永磁電機的分類 · 361
四、橫向磁通永磁電機的典型應(yīng)用 364
第二節(jié) 圓筒型永磁同步直線電機 · 365
一、圓筒型永磁同步直線電機的結(jié)構(gòu)與工作原理 · 365
二、圓筒型永磁同步直線電機的分類 366
三、圓筒型永磁同步直線電機的推力波動與削弱 · 367
四、圓筒型永磁同步直線電機的典型應(yīng)用 378
第三節(jié) 高速永磁同步電機 · 379
一、概述 379
二、高速永磁電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) · 379
三、高速永磁電機的損耗 381
四、高速永磁電機的設(shè)計原則與方法 382
五、高速永磁電機的多物理場耦合設(shè)計方法 · 385
六、高速永磁電機的設(shè)計實例 · 389
第四節(jié) 低速直驅(qū)永磁同步電動機 · 390
一、低速大轉(zhuǎn)矩電機 390
二、主要應(yīng)用領(lǐng)域及其優(yōu)勢 · 390
三、低速永磁電機與其他類型電機的對比 391
四、低速大轉(zhuǎn)矩永磁電機的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)計原則 · 392
五、低速大轉(zhuǎn)矩永磁電機的設(shè)計實例 394
六、低速大轉(zhuǎn)矩永磁電機傳動系統(tǒng)的發(fā)展動態(tài)與趨勢 396
第五節(jié) 雙三相永磁同步電動機 397
一、雙三相永磁同步電動機的結(jié)構(gòu) 397
二、雙三相繞組的電樞磁動勢諧波 399
三、雙三相永磁同步電動機的轉(zhuǎn)矩脈動 402
四、僅一套三相對稱繞組運行時的不平衡磁拉力 · 406
第六節(jié) 軸向磁場永磁同步電機 407
一、軸向磁場永磁同步電機的結(jié)構(gòu) 407
二、軸向磁場永磁同步電機的運行原理 409
三、軸向磁場永磁同步電機的分類及特點 410
四、軸向磁場永磁同步電機主要尺寸的確定 · 412
第七節(jié) 永磁輔助式同步磁阻電機 · 413
一、永磁輔助式同步磁阻電機的結(jié)構(gòu) 413
二、永磁輔助式同步磁阻電機的轉(zhuǎn)矩特性 414
三、永磁輔助式同步磁阻電機的結(jié)構(gòu)參數(shù)對交直軸電感的影響 · 416
四、永磁輔助式同步磁阻電機的控制策略 418
參考文獻(xiàn) 418
附錄 420
附錄A 導(dǎo)線規(guī)格表 420
附錄B 導(dǎo)磁材料磁化曲線和損耗曲線圖表 421
附錄C 常用鑄鋁轉(zhuǎn)子槽下部比漏磁導(dǎo)的計算 436