永磁电机（第3版）

目录
前言
第2 版前言
章 概论 1
节 永磁材料的发展及其应用概况 · 1
一、永磁材料的分类 1
二、永磁材料的发展历史 1
三、永磁材料产业的发展概况 · 3
四、永磁材料的应用领域 4
第二节 永磁电机及其发展概况 4
一、永磁电机的发展历史 4
二、永磁电机的分类与特点 · 6
三、永磁电机的应用 7
参考文献 8
第二章 永磁材料 9
节 永磁材料的磁性与分类 9
一、磁性的来源 9
二、铁磁材料的分类 10
三、常用的磁学单位制 · 10
第二节 永磁材料的主要性能参数 11
一、铁磁材料的磁滞回线 · 11
二、永磁材料的退磁曲线与内禀退磁曲线 · 11
三、永磁材料的磁性能参数 12
四、永磁材料的物理参数 · 14
五、永磁材料的力学参数 · 15
第三节 主要永磁材料的种类及特点 15
一、马氏体永磁材料 15
二、铁镍钴基永磁材料 · 16
三、可加工永磁材料 18
四、铁氧体永磁材料 19
五、钐钴永磁材料 20
六、钕铁硼永磁材料 22
七、粘结永磁材料 24
第四节 永磁材料的磁性能稳定性 25
一、内部结构变化 25
二、磁后效 25
三、化学因素 25
四、温度 · 25
五、外磁场 26
六、与强磁性物质的接触 · 26
七、核辐射 26
八、振动与冲击 26
第五节 永磁材料的腐蚀与防护 26
一、钕铁硼永磁材料的腐蚀与防护 26
二、钐钴永磁材料的腐蚀与防护 28
第六节 永磁材料的制备 28
一、铁氧体永磁材料的制备 28
二、烧结钕铁硼永磁材料的制备 29
三、烧结钐钴永磁材料的制备 29
四、铝镍钴永磁材料的制备 30
五、粘结永磁材料的制备 · 30
六、永磁材料的定向技术 · 30
第七节 永磁材料磁性能的测量 31
一、磁通的测量 31
二、磁通密度的测量 32
三、永磁材料退磁曲线的测量 32
参考文献 33
第三章 永磁电机的磁路及其计算 34
节 磁场与磁路 34
一、磁感应强度、磁场强度、磁导率 34
二、磁通、磁压、磁动势 · 34
三、磁路参数 34
第二节 永磁电机的磁极结构 35
一、按永磁体所在的位置分类 36
二、按所用永磁材料的种类分类 36
三、按永磁体安置方式分类 36
四、按永磁体的形状分类 · 36
第三节 永磁电机的等效磁路 39
一、永磁体的等效磁路 · 39
二、外磁路 41
三、永磁电机的等效磁路 · 41
第四节 永磁电机外磁路的计算 42
一、内置式永磁电机漏磁系数的计算 42
二、永磁直流电机气隙磁压降的计算 44
三、外磁路的计算 55
四、漏磁路的计算 55
第五节 永磁体工作点的确定方法 56
一、永磁体工作图法 56
二、用计算机求解永磁体工作图 57
三、永磁体工作点的解析法 58
第六节 永磁体的设计 61
一、永磁体的选择 61
二、永磁体的设计 62
三、永磁体尺寸的确定 · 62
四、表面式永磁电机气隙磁通密度的估算 · 63
参考文献 64
第四章 永磁电机的磁场分析 65
节 磁场的偏微分方程边值问题 65
一、位函数满足的偏微分方程 65
二、边界条件的确定 66
三、偏微分方程的边值问题 68
第二节 有限元法的基本原理 68
一、条件变分问题 68
二、剖分插值 69
三、单元分析 70
四、总体合成 71
五、强加边界条件的处理 · 71
六、方程组求解 71
第三节 永磁体的等效 72
一、磁化矢量法 72
二、等效面电流法 73
三、瓦片形磁极的等效 · 74
第四节 基于场路耦合的涡流场分析 76
一、涡流场分析的有限元模型及其离散化处理 76
二、涡流场分析的若干问题 77
三、与外部电路的耦合 · 78
第五节 基于有限元分析的参数计算 79
一、磁通和磁链的计算 · 80
二、气隙磁通密度径向分量的分布 80
三、电感的计算 81
四、损耗的计算 81
五、电磁转矩的计算 81
第六节 电机有限元分析中若干问题的处理 82
一、叠片铁心的处理 82
二、类边界条件的确定 84
三、槽内电流的处理 84
四、周期性边界条件的应用 84
五、运动边界的处理 85
参考文献 86
第五章 永磁电机的齿槽转矩 87
节 表面式永磁电机齿槽转矩的解析分析方法 87
一、齿槽转矩的产生机理 · 87
二、齿槽转矩的解析分析方法 87
三、表面式永磁电机的齿槽转矩削弱方法 · 90
四、极槽配合、斜极和斜槽对齿槽转矩的影响 91
第二节 基于分段斜极的齿槽转矩削弱方法 93
第三节 基于极弧系数选择的齿槽转矩削弱方法 96
一、平行充磁瓦片形磁极永磁电机齿槽转矩分析 96
二、基于极弧系数选择的永磁电机齿槽转矩削弱方法 96
第四节 基于不等槽口宽配合的齿槽转矩削弱方法 99
一、采用不等槽口宽配合时的齿槽转矩解析表达式 100
二、基于不等槽口宽配合的齿槽转矩削弱方法 · 101
三、计算实例 · 102
第五节 基于磁极偏移的齿槽转矩削弱方法 · 103
一、磁极偏移时的齿槽转矩表达式 103
二、磁极偏移角度的确定 104
第六节 基于不等厚永磁磁极的齿槽转矩削弱方法 · 107
一、不等厚磁极结构 107
二、基于不等厚磁极的齿槽转矩削弱方法 108
第七节 基于不等极弧系数组合的齿槽转矩削弱方法 · 109
一、不等极弧系数组合时的齿槽转矩表达式 109
二、极弧系数组合的确定 110
第八节 基于开辅助槽的齿槽转矩削弱方法 · 111
一、有辅助槽时的齿槽转矩表达式 111
二、辅助槽数的选择 113
第九节 基于不等极弧系数的齿槽转矩削弱方法 · 115
一、基于不等极弧系数的齿槽转矩削弱方法 115
二、齿槽转矩的解析分析 116
三、有限元法确定Brn 小时的kt 值 117
四、有限元验证 · 117
五、适用范围 · 118
第十节 转子静态偏心对表面式永磁电机齿槽转矩的影响 · 119
一、转子偏心对气隙磁通密度分布的影响 120
二、转子偏心永磁电机的等效 · 120
三、转子偏心电机的齿槽转矩分析 121
四、偏心对齿槽转矩的影响 · 123
第十一节 内转子永磁无刷电机的齿槽转矩及其削弱 · 126
一、表面式内转子永磁无刷电机的齿槽转矩及其削弱 127
二、内置式内转子永磁无刷电机的齿槽转矩及其削弱 127
参考文献 134
第六章 永磁直流电动机 136
节 永磁直流电动机的结构 136
一、磁极结构 · 136
二、电枢结构 · 138
第二节 永磁直流电动机的基本方程 · 140
一、电压平衡方程 140
二、感应电动势 140
三、电磁转矩 · 140
四、电磁功率 · 141
五、功率平衡方程 141
六、转矩平衡方程 141
七、电磁参数 · 141
第三节 永磁直流电动机的工作特性 · 142
一、转速特性 · 142
二、转矩特性 · 142
三、机械特性 · 143
四、效率特性 · 143
第四节 永磁直流电动机的电枢反应 · 143
一、负载时气隙中的磁动势和磁场 143
二、交轴电枢反应和直轴电枢反应 144
三、电枢反应对电机运行的影响 145
四、电枢反应去磁时永磁体工作点的校核 · 145
第五节 永磁直流电动机的调速 145
一、电枢回路串电阻调速 146
二、改变主磁通调速 146
三、改变电压调速 146
第六节 带辅助极永磁直流电动机 · 147
一、带辅助极永磁直流电动机的结构和工作原理 · 147
二、带辅助极永磁直流电动机的性能特点 147
三、实际应用 · 148
第七节 换向 149
一、换向过程 · 149
二、电刷及其选择 151
三、火花等级 · 153
四、改善换向的方法 153
第八节 永磁直流电动机的设计 · 153
一、永磁直流电机的额定数据和性能指标 154
二、主要尺寸 · 154
三、永磁体尺寸的确定 155
四、极数的选择 · 155
五、电枢冲片的设计 155
六、换向器和电刷 156
七、换向条件的校核 157
第九节 永磁直流电动机的电磁设计程序和算例 · 158
一、额定数据 · 158
二、主要尺寸及永磁体尺寸的选择 159
三、电枢冲片及电枢绕组的计算 · 160
四、磁路计算 · 163
五、负载工作点计算 164
六、换向计算 · 165
七、去磁校核 166
八、工作特性 · 167
参考文献 170
第七章 永磁无刷直流电动机 · 171
节 永磁无刷直流电动机的工作原理与结构 · 171
一、永磁无刷直流电动机的工作原理 171
二、永磁无刷直流电动机的结构 · 173
第二节 永磁无刷直流电动机工作特性的传统计算方法 · 178
一、基于方波的永磁无刷直流电动机特性计算 · 178
二、基于正弦波的永磁无刷直流电动机特性计算 · 179
第三节 永磁无刷直流电动机气隙磁场的解析计算 · 180
一、表面式永磁无刷直流电动机气隙磁场的解析计算模型 181
二、永磁磁场解析计算算例 · 189
三、空载电动势的计算 189
第四节 电枢反应磁场及相绕组电感参数的计算 · 191
一、电枢反应磁场的解析计算 · 191
二、绕组电感参数的计算 194
第五节 永磁无刷直流电动机的场路耦合模型 · 194
一、永磁无刷直流电动机的场路耦合模型 194
二、算例 197
第六节 基于场路耦合的永磁无刷直流电动机电磁性能计算 · 198
一、基于场路耦合的永磁无刷直流电动机的电磁性能计算方法 · 198
二、特性分析计算 199
三、计算实例 · 202
第七节 永磁无刷直流电动机的转矩波动 · 203
一、永磁无刷直流电动机的转矩波动概述 203
二、换向转矩波动 204
第八节 永磁无刷直流电动机的设计特点 · 209
一、电机工作方式的确定 209
二、电磁负荷的选择 210
三、极数、槽数的确定 210
第九节 永磁无刷电机位置传感器的位置确定 · 210
一、霍尔传感器安装位置与三相绕组磁动势轴线的关系 211
二、分数槽集中绕组无刷电机霍尔元件位置的确定方法 212
第十节 永磁无刷直流电动机的控制器 · 214
一、逆变开关电路 214
二、驱动电路 · 215
三、控制电路 · 216
四、控制器实例 218
第十一节 永磁无刷直流电动机的无位置传感器控制 · 222
一、无位置传感器控制技术的位置检测方法 · 222
二、基于专用芯片的无位置传感器无刷直流电动机控制 223
三、无位置传感器永磁无刷直流电动机的控制原理图 227
参考文献 228
第八章 异步起动永磁同步电动机 229
节 异步起动永磁同步电动机的结构与特点 · 229
一、异步起动永磁同步电动机的结构 229
二、异步起动永磁同步电动机的转子磁极结构 · 231
三、转子磁路结构的选择原则 · 233
四、异步起动永磁同步电动机的特点 234
第二节 异步起动永磁同步电动机的基本电磁关系 · 235
一、转速 235
二、气隙磁场的有关系数 235
三、感应电动势 240
四、永磁同步电动机的相量图 · 241
五、交直轴电枢反应电抗 242
六、永磁同步电动机的电磁转矩 243
七、永磁同步电动机的V 形曲线 · 245
第三节 异步起动永磁同步电动机的工作特性计算 · 247
一、损耗计算 · 247
二、工作特性的计算 248
第四节 永磁同步电动机的起动过程与起动性能计算 · 249
一、起动过程中的磁场 249
二、起动过程中的转矩分析 · 250
三、起动过程中平均转矩的计算 · 251
四、起动过程仿真 251
五、起动转矩的定义与测定 · 252
第五节 提高永磁同步电动机性能的技术措施 · 254
一、提高起动转矩的措施 254
二、提高功率因数的措施 254
三、提高效率、扩大经济运行范围的措施 255
第六节 永磁同步电动机性能的敏感性分析 · 258
一、外加电压的影响 258
二、永磁材料分散性的影响 · 261
三、环境温度的影响 263
第七节 异步起动永磁同步电动机的电磁设计 · 267
一、异步起动永磁同步电动机的额定数据和主要性能指标 267
二、定子冲片尺寸和气隙长度的确定 268
三、定子绕组的设计 268
四、转子铁心的设计 269
第八节 异步起动永磁同步电动机的电磁计算程序和算例 · 270
一、额定数据和技术要求 270
二、主要尺寸 · 270
三、永磁体计算 · 271
四、定、转子冲片 271
五、绕组计算 · 274
六、磁路计算 · 276
七、参数计算 · 280
八、工作特性计算 284
九、起动性能计算 287
参考文献 292
第九章 永磁同步发电机 · 293
节 永磁同步发电机的基本结构和工作原理 · 293
一、永磁同步发电机的基本结构 · 293
二、永磁同步发电机的工作原理 · 296
第二节 永磁同步发电机的电枢反应 · 297
一、电枢电流I& 与励磁电动势0 E& 同相位 298
二、电枢电流I& 与励磁电动势0 E& 不同相位 299
第三节 永磁同步发电机的磁场波形系数与参数计算 · 300
一、气隙磁场的有关系数 300
二、电抗参数的计算 302
第四节 永磁同步发电机的电压方程和相量图 · 302
第五节 永磁同步发电机的功率方程、转矩方程和功角特性 · 303
一、功率方程 · 303
二、转矩方程 · 303
三、功角特性 · 303
第六节 永磁同步发电机的运行特性 · 304
一、外特性与电压调整率 304
二、效率特性 · 305
第七节 直驱永磁风力发电机 305
一、直驱式永磁同步风力发电系统的总体结构 · 305
二、结构特点 · 306
三、直驱式永磁同步风力发电机的特点 307
四、直驱式永磁同步风力发电机存在的问题 · 308
五、典型的直驱式永磁同步风力发电机 308
第八节 混合励磁永磁同步发电机 · 310
一、组合转子混合励磁同步发电机 310
二、励磁绕组内嵌式混合励磁电机 312
三、顺极式混合励磁同步发电机 313
四、爪极混合励磁同步发电机 · 314
第九节 表面凸出式永磁同步发电机的电磁计算程序和算例 · 317
一、额定数据 · 317
二、永磁材料性能 317
三、定子铁心 · 318
四、定子绕组 · 319
五、转子结构尺寸 320
六、磁路计算 · 321
七、参数计算 · 323
八、电压调整率和短路电流的计算 326
九、损耗和效率的计算 327
参考文献 327
第十章 调速永磁同步电动机 329
节 调速永磁同步电动机的基本结构和数学模型 · 329
一、调速永磁同步电动机的基本结构 329
二、调速永磁同步电动机的数学模型 330
第二节 调速永磁同步电动机的矢量控制 · 333
一、矢量控制原理 333
二、永磁同步电动机的电流控制策略 334
三、调速永磁同步电动机矢量控制系统 336
第三节 调速永磁同步电动机矢量控制时的功率特性及弱磁扩速能力分析 · 336
一、矢量控制调速永磁同步电动机性能的分析方法 336
二、永磁同步电动机恒转矩控制和普通弱磁控制时的功率特性 · 337
三、永磁同步电动机输入功率弱磁控制时的功率特性 340
四、永磁同步电动机弱磁扩速能力的提高 343
五、其他因素对电机功率特性及弱磁扩速能力的影响 344
第四节 调速永磁同步电动机电感参数计算方法 · 345
一、交、直电感的计算方法 · 345
二、交、直轴电流对交、直轴电感的影响 345
第五节 调速永磁同步电动机矢量控制运行的实现 · 347
一、驱动系统概述 347
二、位置传感器的选用及安装 · 348
三、电机位置、速度的采样 · 348
四、PMSM 控制系统软件设计 · 349
第六节 调速永磁同步电动机的直接转矩控制 · 351
一、概述 351
二、永磁同步电动机M ? T 坐标系下的转矩方程 351
三、基于定子相电压矢量的定子磁链控制 352
四、PMSM 直接转矩控制系统的实现 354
第七节 调速永磁同步电动机的电磁设计 · 355
一、主要尺寸及气隙选择 356
二、转子磁路结构的选择 357
三、永磁体选择及设计 357
四、永磁磁通密度波形优化 · 357
五、齿槽转矩的抑制和低速平稳性的改善 358
参考文献 358
第十一章 特殊结构永磁电机 · 360
节 横向磁通永磁电机 · 360
一、横向磁通永磁电机的结构与工作原理 360
二、横向磁通永磁电机的特点 · 361
三、横向磁通永磁电机的分类 · 361
四、横向磁通永磁电机的典型应用 364
第二节 圆筒型永磁同步直线电机 · 365
一、圆筒型永磁同步直线电机的结构与工作原理 · 365
二、圆筒型永磁同步直线电机的分类 366
三、圆筒型永磁同步直线电机的推力波动与削弱 · 367
四、圆筒型永磁同步直线电机的典型应用 378
第三节 高速永磁同步电机 · 379
一、概述 379
二、高速永磁电机的转子结构 · 379
三、高速永磁电机的损耗 381
四、高速永磁电机的设计原则与方法 382
五、高速永磁电机的多物理场耦合设计方法 · 385
六、高速永磁电机的设计实例 · 389
第四节 低速直驱永磁同步电动机 · 390
一、低速大转矩电机 390
二、主要应用领域及其优势 · 390
三、低速永磁电机与其他类型电机的对比 391
四、低速大转矩永磁电机的关键技术与设计原则 · 392
五、低速大转矩永磁电机的设计实例 394
六、低速大转矩永磁电机传动系统的发展动态与趋势 396
第五节 双三相永磁同步电动机 397
一、双三相永磁同步电动机的结构 397
二、双三相绕组的电枢磁动势谐波 399
三、双三相永磁同步电动机的转矩脉动 402
四、仅一套三相对称绕组运行时的不平衡磁拉力 · 406
第六节 轴向磁场永磁同步电机 407
一、轴向磁场永磁同步电机的结构 407
二、轴向磁场永磁同步电机的运行原理 409
三、轴向磁场永磁同步电机的分类及特点 410
四、轴向磁场永磁同步电机主要尺寸的确定 · 412
第七节 永磁辅助式同步磁阻电机 · 413
一、永磁辅助式同步磁阻电机的结构 413
二、永磁辅助式同步磁阻电机的转矩特性 414
三、永磁辅助式同步磁阻电机的结构参数对交直轴电感的影响 · 416
四、永磁辅助式同步磁阻电机的控制策略 418
参考文献 418
附录 420
附录A 导线规格表 420
附录B 导磁材料磁化曲线和损耗曲线图表 421
附录C 常用铸铝转子槽下部比漏磁导的计算 436