永磁電機

本書從永磁電機的基本理論入手，兼顧先進性和實用性，既闡述了永磁材料、永磁電機的共同問題及其最新研究成果，又分類給出各種永磁電機的基本結構、工作原理、設計方法及相關電磁設計程序，特別對永磁電機技術的最新發展及新型特種永磁電機進行了論述。

隨着永磁材料性能的不斷提高和電機技術的發展，永磁電機在國民經濟的各個領域得到了極其廣泛應用。

本書從永磁電機的基本理論入手，首先詳細介紹了各類永磁材料的特點及選用原則、永磁電機磁路計算、永磁電機的磁場分析方法、永磁電機的齒槽轉矩等共性問題；然後分析了各類常見永磁電機的結構特點、工作原理、性能計算和設計方法；最後對特殊結構的新型永磁電機進行了簡要介紹。在充分反映永磁電機全貌的基礎上，力求體現永磁電機的最新發展和應用成果。

前言

第一章緒論

第一節永磁材料的發展及應用概況

一、永磁材料的分類

二、永磁材料的發展歷史

三、永磁材料產業的發展概況

四、永磁材料的應用領域

第二節永磁電機及其發展概況

一、永磁電機的發展歷史

二、永磁電機的分類與特點

三、永磁電機的應用

第二章永磁材料

第一節材料的磁性與分類

一、磁性的來源

二、鐵磁材料的分類

三、常用的磁學單位制

第二節永磁材料的主要性能參數

一、鐵磁材料的磁滯回線

二、永磁材料的退磁曲線與內稟退磁曲線

三、永磁材料的主要性能參數

第三節永磁材料的磁性能穩定性及穩定化處理

一、磁性能穩定性

二、穩定性處理方法

第四節主要永磁材料及其特點

一、馬氏體永磁

二、鐵鎳鈷基永磁

三、可加工永磁

四、鐵氧體永磁

五、稀土鈷永磁

六、釹鐵硼永磁

七、粘結永磁

八、電機中常用永磁材料的綜合對比

第五節永磁材料的生產工藝

一、典型工藝過程

二、永磁材料的定向技術

第六節永磁材料的充磁

一、飽和磁化強度

二、充磁方法

三、充磁方式

第七節永磁材料磁性能的測試

一、磁通的測量

二、磁密的測量

三、退磁曲線的測量

第三章永磁電機的磁路設計與計算

第一節磁場與磁路

一、磁感應強度、磁場強度和磁導率

二、磁通、磁壓、磁動勢

三、磁路參數

四、磁路的分類

第二節永磁電機的磁路結構

第三節永磁電機的磁路計算

一、永磁體的等效磁路

二、永磁電機外磁路

三、永磁電機主磁路計算

四、永磁電機外磁路特性的計算

五、漏磁導的計算

六、永磁電機的等效磁路

第四節永磁體工作圖法

一、退磁曲線的近似計算

二、相對回覆磁導率的近似計算

三、永磁體工作圖法

四、用計算機求解永磁體工作圖

第五節磁路解析法

一、空載工作點的計算

二、負載工作點的計算

第六節永磁電機的磁路設計

一、永磁體的選擇

二、永磁體的設計

三、永磁體尺寸的確定

四、表面式永磁電機氣隙磁密的估算

第四章永磁電機的磁場分析

第一節磁場的微分方程邊值問題

一、位函數滿足的偏微分方程

二、邊界條件的確定

三、偏微分方程的邊值問題

第二節有限元法基本原理

一、條件變分問題

二、剖分插值

三、單元分析

四、總體合成

五、強加邊界條件的處理

六、方程組求解

第三節永磁體的等效

一、磁化矢量法

二、等效面電流法

三、瓦片形磁極的等效

第四節基於場路耦合的渦流場分析

一、渦流場分析的有限元模型及其離散化處理

二、渦流場分析的若干問題

三、與外部電路的耦合

第五節基於有限元分析的參數計算

一、磁通和磁鏈的計算

二、氣隙磁密徑向分量的分佈

三、電感計算

四、損耗計算

五、電磁轉矩的計算

第六節電機有限元分析中若干問題的處理

一、疊片鐵心的處理

二、第一類邊界條件的確定

三、槽內電流的處理

四、週期性邊界條件的應用

五、運動邊界的處理

第七節永磁電機中磁場逆問題的求解

一、常用全局優化算法簡介

二、永磁起動機磁極優化

第五章永磁電機的齒槽轉矩

第一節基於能量法的表面式永磁電機齒槽轉矩分析方法

一、齒槽轉矩的產生機理

二、齒槽轉矩的解析分析

三、表面式永磁電機的齒槽轉矩削弱方法

四、極數與槽數組合、斜極和斜槽對齒槽轉矩的影響

第二節基於極弧係數選擇的齒槽轉矩削弱方法

一、平行充磁瓦片形磁極永磁電機齒槽轉矩分析

二、基於極弧係數選擇的永磁電機齒槽轉矩削弱方法

第三節基於不等槽口寬配合的永磁電機齒槽轉矩削弱方法

一、採用不等槽口寬配合時的齒槽轉矩解析表達式

二、基於不等槽口寬配合的齒槽轉矩削弱方法

三、計算實例

第四節基於磁極偏移的齒槽轉矩削弱方法

一、磁極偏移時的齒槽轉矩表達式

二、磁極偏移角度的確定

第五節基於不等厚永磁磁極的齒槽轉矩削弱方法

一、不等厚磁極結構

二、基於不等厚磁極的齒槽轉矩削弱方法

第六節基於不同極弧係數組合的齒槽轉矩削弱方法

一、不同極弧係數組合時的齒槽轉矩表達式

二、極弧係數組合的確定

第七節基於輔助槽的齒槽轉矩削弱方法

一、有輔助槽時的齒槽轉矩表達式

二、輔助槽數的選擇

第八節轉子靜態偏心對錶面式永磁電機齒槽轉矩的影響

一、轉子偏心對氣隙磁密分佈的影響

二、轉子偏心時齒槽轉矩的解析分析

三、偏心對齒槽轉矩的影響

第九節異步起動永磁同步電動機的齒槽轉矩

一、齒槽轉矩的解析分析

二、齒槽轉矩的特點

三、斜槽對齒槽轉矩的影響

第十節內轉子永磁無刷電機的齒槽轉矩及其削弱

一、表面式內轉子永磁無刷電機的齒槽轉矩及其削弱

二、內置式內轉子永磁無刷電機的齒槽轉矩及其削弱

第六章永磁直流電動機

第一節永磁直流電動機的結構

一、磁極結構

二、電樞結構

第二節永磁直流電動機的基本方程

一、電壓平衡方程

二、感應電動勢

三、電磁轉矩

四、電磁功率

五、功率平衡方程

六、轉矩平衡方程

七、電磁參數

第三節永磁直流電動機的工作特性

一、轉速特性

二、轉矩特性

三、機械特性

四、效率特

第四節永磁直流電動機的電樞反應

一、負載時氣隙中的磁動勢和磁場

二、交軸電樞反應和直軸電樞反應

三、電樞反應對電機運行的影響

四、電樞反應最大去磁時永磁體工作點的校核

第五節永磁直流電動機的調速

一、電樞迴路串電阻調速

二、改變主磁通調速

三、改變電壓調速

第六節帶輔助極永磁直流電動機

一、帶輔助極永磁直流電動機的結構和工作原理

二、帶輔助極永磁直流電動機的性能特點

三、實際應用

第七節永磁直流電動機的電磁設計

一、永磁直流電機的額定數據和性能指標

二、主要尺寸的確定

三、永磁體尺寸的確定

四、極數的選擇

五、電樞衝片設計

六、換向器和電刷

七、換向條件的校核

第八節永磁直流電動機計算實例

第七章永磁無刷直流電動機

第一節永磁無刷直流電動機的工作原理與結構

一、工作原理

二、永磁無刷直流電動機的結構

第二節永磁無刷直流電動機工作特性的傳統計算方法

一、基於方波的永磁無刷直流電動機特性計算

二、基於正弦波的永磁無刷直流電動機特性計算

第三節永磁無刷直流電動機氣隙磁場的解析計算

一、表面式永磁無刷直流電動機氣隙磁場的解析計算模型

二、永磁磁場解析計算算例

三、空載電動勢的計算

第四節電樞反應磁場及相繞組電感參數的計算

一、電樞反應磁場的解析計算

二、繞組電感參數的計算

第五節永磁無刷直流電動機的場路耦合模型

一、永磁無刷直流電動機的場路耦合模型

二、算例

第六節基於場路耦合的永磁無刷直流電動機電磁性能計算

一、基於場路耦合的永磁無刷直流電動機電磁性能計算方法

二、特性分析計算

三、計算實例

第七節永磁無刷直流電動機的轉矩波動

一、永磁無刷直流電動機的轉矩波動概述

二、換向轉矩波動分析

第八節永磁無刷直流電動機設計特點

一、工作方式的確定

二、電磁負荷選擇

三、極數、槽數的確定

第九節永磁無刷直流電動機的控制器

一、逆變開關電路

二、驅動電路

三、控制電路

四、控制器實例

第十節永磁無刷直流電動機的無位置傳感器控制

一、無位置傳感器控制技術的位置檢測方法

二、基於專用芯片的無位置傳感器無刷直流電動機控制

三、五位置傳感器永磁無刷直流電動機的控制原理圖

第八章異步起動永磁同步電動機

第一節異步起動永磁同步電動機的結構與特點

一、異步起動永磁同步電動機的結構

二、異步起動永磁同步電動機的轉子磁極結構

三、轉子磁路結構的選擇原則

四、異步起動永磁同步電動機的特點

第二節異步起動永磁同步電動機的基本電磁關係

一、轉速

二、氣隙磁場的有關係數

三、交直軸電樞反應電抗

四、感應電動勢

五、永磁同步電動機的相量圖

六、永磁同步電動機的電磁轉矩

七、永磁同步電動機的V形曲線

第三節異步起動永磁同步電動機的工作特性計算

一、損耗計算

二、工作特性的計算

第四節永磁同步電動機的起動過程與起動性能計算

一、起動過程中的磁場

二、起動過程中的轉矩分析

三、起動過程中平均轉矩的計算

四、起動過程仿真

五、起動轉矩的定義與測定

第五節提高永磁同步電動機性能的技術措施

一、提高起動轉矩的措施

二、提高功率因數的措施

三、提高效率、擴大經濟運行範圍的措施

第六節永磁同步電動機性能的敏感性分析

一、外加電壓的影響

二、永磁材料分散性的影響

三、環境温度的影響

第七節異步起動永磁同步電動機的電磁設計

一、異步起動永磁同步電動機的額定數據和主要性能指標

二、定子衝片尺寸和氣隙長度的確定

三、定子繞組的設計

四、轉子鐵心的設計

第八節油田抽油機用永磁同步電動機的設計

一、油田抽油機用電動機的特點

二、油田抽油機用永磁同步電動機的設計準則

三、油田抽油機用永磁同步電動機的設計

四、主要性能

第九節異步起動永磁同步電動機計算實例

第九章調速永磁同步電動機

第一節調速永磁同步電動機的基本結構和數學模型

一、調速永磁同步電動機的基本結構

二、調速永磁同步電動機的數學模型

第二節調速永磁同步電動機的矢量控制

一、矢量控制原理

二、永磁同步電動機的電流控制策略

三、調速永磁同步電動機矢量控制系統

第三節矢量控制永磁同步電動機的功率特性及弱磁擴速能力分析

一、矢量控制調速永磁同步電動機的性能分析方法

二、永磁同步電動機恆轉矩控制和普通弱磁控制時的功率特性

三、永磁同步電動機最大輸入功率弱磁控制時的功率特性

四、永磁同步電動機弱磁擴速能力的提高

五、其他因素對功率特性及弱磁擴速能力的影響

第四節調速永磁同步電動機的電感參數計算方法

一、交、直軸電感的計算方法

二、交、直軸電流對交、直軸電感的影響

第五節調速永磁同步電動機矢量控制運行的實現

一、驅動系統概述

二、位置傳感器的選用及安裝

三、位置和速度的採樣

四、永磁同步電動機控制系統軟件設計

第六節調速永磁同步電動機的直接轉矩控制

一、概述

二、永磁同步電動機M-T座標系下的轉矩方程

三、基於定子相電壓矢量的定子磁鏈控制

四、永磁同步電動機直接轉矩控制系統的實現

第七節調速永磁同步電動機的設計

一、主要尺寸及氣隙選擇

二、轉於磁路結構的選擇

三、永磁體選擇及設計

四、氣隙磁密波形優化

五、齒槽轉矩的抑制和低速平穩性的改善

第十章特殊結構永磁電機

第一節橫向磁通永磁電機

一、橫向磁通永磁電機的結構與工作原理

二、橫向磁通永磁電機的特點

三、橫向磁通永磁電機的分類

四、橫向磁通永磁電機的典型實例

第二節HALBACH磁體結構永磁電機

一、HALBACH磁體結構

二、有導磁鐵心時，HALBACH磁體結構電機與常規磁體結構電機的磁場對比

三、無轉子導磁鐵心時，HALBACH磁體結構電機與常規磁體結構電機的磁場對比

四、HALBACH磁體結構永磁電機試驗

五、其他形式的HALBACH磁體結構

六、HALBACH磁體結構電機的應用

第三節永磁高速電動機

一、永磁高速電機的結構與設計特點

二、高速電動機實例

第四節記憶電動機

一、變磁通記憶電機

二、變極記憶電機

第五節雙凸極永磁電機

一、結構特點

二、工作原理

三、雙凸極永磁電機的特點

第六節振盪起動單相永磁同步電動機

一、結構

二、基本工作原理

三、轉向控制

四、應用實例

第七節寫極電動機

一、寫極電動機的結構

二、寫極電動機的工作原理

三、寫極電動機的特點

四、單相寫極電動機

附錄

附錄A導線規格表

附錄B導磁材料磁化曲線和損耗曲線圖表

附錄C常用定、轉子槽比漏磁導計算