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第一章　绪论 1

第一节　永磁材料的发展及应用概况 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 5

第二节　永磁电机及其发展概况 5

一、永磁电机的发展历史 5

二、永磁电机的分类与特点 7

三、永磁电机的应用 8

第二章　永磁材料 9

第一节　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、永磁材料的主要性能参数 12

第三节　永磁材料的磁性能稳定性及稳定化处理 14

一、磁性能稳定性 14

二、稳定性处理方法 15

第四节 主要永磁材料及其特点 16

一、马氏体永磁 16

二、铁镍钴基永磁 16

三、可加工永磁 18

四、铁氧体永磁 19

五、稀土钴永磁 21

六、钕铁硼永磁 21

七、粘结永磁 24

八、电机中常用永磁材料的综合对比 25

第五节　永磁材料的生产工艺 25

一、典型工艺过程 25

二、永磁材料的定向技术 25

第六节　永磁材料的充磁 26

一、饱和磁化强度 26

二、充磁方法 26

三、充磁方式 27

第七节 永磁材料磁性能的测试 28

一、磁通的测量 28

二、磁密的测量 29

三、退磁曲线的测量 29

第三章　永磁电机的磁路设计与计算 31

第一节　磁场与磁路 31

一、磁感应强度、磁场强度和磁导率 31

二、磁通、磁压、磁动势 31

三、磁路参数 31

四、磁路的分类 32

第二节　永磁电机的磁路结构 33

第三节 永磁电机的磁路计算 35

一、永磁体的等效磁路 35

二、永磁电机外磁路 37

三、永磁电机主磁路计算 37

四、永磁电机外磁路特性的计算 46

五、漏磁导的计算 47

六、永磁电机的等效磁路 47

第四节　永磁体工作图法 48

一、退磁曲线的近似计算 48

二、相对回复磁导率的近似计算 49

三、永磁体工作图法 49

四、用计算机求解永磁体工作图 50

第五节　磁路解析法 51

一、空载工作点的计算 51

二、负载工作点的计算 51

第六节 永磁电机的磁路设计 52

一、永磁体的选择 52

二、永磁体的设计 53

三、永磁体尺寸的确定 53

四、表面式永磁电机气隙磁密的估算 54

第四章　永磁电机的磁场分析 55

第一节　磁场的微分方程边值问题 55

一、位函数满足的偏微分方程 55

二、边界条件的确定 56

三、偏微分方程的边值问题 57

第二节　有限元法基本原理 58

一、条件变分问题 58

二、剖分插值 58

三、单元分析 59

四、总体合成 60

五、强加边界条件的处理 60

六、方程组求解 61

第三节　永磁体的等效 61

一、磁化矢量法 61

二、等效面电流法 62

三、瓦片形磁极的等效 63

第四节　基于场路耦合的涡流场分析 65

一、涡流场分析的有限元模型及其离散化处理 65

二、涡流场分析的若干问题 66

三、与外部电路的耦合 66

第五节　基于有限元分析的参数计算 68

一、磁通和磁链的计算 68

二、气隙磁密径向分量的分布 68

三、电感计算 69

四、损耗计算 69

五、电磁转矩的计算 69

第六节 电机有限元分析中若干问题的处理 70

一、叠片铁心的处理 70

二、第一类边界条件的确定 71

三、槽内电流的处理 72

四、周期性边界条件的应用 72

五、运动边界的处理 74

第七节　永磁电机中磁场逆问题的求解 74

一、常用全局优化算法简介 74

二、永磁起动机磁极优化 78

第五章　永磁电机的齿槽转矩 80

第一节 基于能量法的表面式永磁电机齿槽转矩分析方法 80

一、齿槽转矩的产生机理 80

二、齿槽转矩的解析分析 80

三、表面式永磁电机的齿槽转矩削弱方法 82

四、极数与槽数组合、斜极和斜槽对齿槽转矩的影响 83

第二节　基于极弧系数选择的齿槽转矩削弱方法 85

一、平行充磁瓦片形磁极永磁电机齿槽转矩分析 85

二、基于极弧系数选择的永磁电机齿槽转矩削弱方法 85

第三节　基于不等槽口宽配合的永磁电机齿槽转矩削弱方法 88

一、采用不等槽口宽配合时的齿槽转矩解析表达式 88

二、基于不等槽口宽配合的齿槽转矩削弱方法 89

三、计算实例 90

第四节　基于磁极偏移的齿槽转矩削弱方法 91

一、磁极偏移时的齿槽转矩表达式 92

二、磁极偏移角度的确定 93

第五节　基于不等厚永磁磁极的齿槽转矩削弱方法 95

一、不等厚磁极结构 95

二、基于不等厚磁极的齿槽转矩削弱方法 95

第六节　基于不同极弧系数组合的齿槽转矩削弱方法 97

一、不同极弧系数组合时的齿槽转矩表达式 97

二、极弧系数组合的确定 98

第七节　基于辅助槽的齿槽转矩削弱方法 99

一、有辅助槽时的齿槽转矩表达式 99

二、辅助槽数的选择 100

第八节　转子静态偏心对表面式永磁电机齿槽转矩的影响 102

一、转子偏心对气隙磁密分布的影响 102

二、转子偏心时齿槽转矩的解析分析 102

三、偏心对齿槽转矩的影响 104

第九节　异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩 105

一、齿槽转矩的解析分析 105

二、齿槽转矩的特点 109

三、斜槽对齿槽转矩的影响 111

第十节 内转子永磁无刷电机的齿槽转矩及其削弱 111

一、表面式内转子永磁无刷电机的齿槽转矩及其削弱 111

二、内置式内转子永磁无刷电机的齿槽转矩及其削弱 112

第六章　永磁直流电动机 115

第一节　永磁直流电动机的结构 115

一、磁极结构 115

二、电枢结构 117

第二节　永磁直流电动机的基本方程 119

一、电压平衡方程 119

二、感应电动势 119

三、电磁转矩 119

四、电磁功率 119

五、功率平衡方程 119

六、转矩平衡方程 120

七、电磁参数 120

第三节　永磁直流电动机的工作特性 120

一、转速特性 121

二、转矩特性 121

三、机械特性 121

四、效率特性 122

第四节 永磁直流电动机的电枢反应 122

一、负载时气隙中的磁动势和磁场 122

二、交轴电枢反应和直轴电枢反应 122

三、电枢反应对电机运行的影响 123

四、电枢反应最大去磁时永磁体工作点的校核 123

第五节　永磁直流电动机的调速 124

一、电枢回路串电阻调速 124

二、改变主磁通调速 124

三、改变电压调速 125

第六节　带辅助极永磁直流电动机 125

一、带辅助极永磁直流电动机的结构和工作原理 126

二、带辅助极永磁直流电动机的性能特点 126

三、实际应用 127

第七节　永磁直流电动机的电磁设计 127

一、永磁直流电机的额定数据和性能指标 127

二、主要尺寸的确定 127

三、永磁体尺寸的确定 128

四、极数的选择 128

五、电枢冲片设计 129

六、换向器和电刷 130

七、换向条件的校核 130

第八节　永磁直流电动机计算实例 132

第七章　永磁无刷直流电动机 143

第一节　永磁无刷直流电动机的工作原理与结构 143

一、工作原理 143

二、永磁无刷直流电动机的结构 145

第二节　永磁无刷直流电动机工作特性的传统计算方法 149

一、基于方波的永磁无刷直流电动机特性计算 150

二、基于正弦波的永磁无刷直流电动机特性计算 150

第三节　永磁无刷直流电动机气隙磁场的解析计算 151

一、表面式永磁无刷直流电动机气隙磁场的解析计算模型 151

二、永磁磁场解析计算算例 158

三、空载电动势的计算 158

第四节 电枢反应磁场及相绕组电感参数的计算 159

一、电枢反应磁场的解析计算 160

二、绕组电感参数的计算 162

第五节　永磁无刷直流电动机的场路耦合模型 162

一、永磁无刷直流电动机的场路耦合模型 162

二、算例 164

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 165

一、基于场路耦合的永磁无刷直流电动机电磁性能计算方法 165

二、特性分析计算 166

三、计算实例 169

第七节　永磁无刷直流电动机的转矩波动 170

一、永磁无刷直流电动机的转矩波动概述 170

二、换向转矩波动分析 170

第八节　永磁无刷直流电动机设计特点 176

一、工作方式的确定 176

二、电磁负荷选择 176

三、极数、槽数的确定 176

第九节　永磁无刷直流电动机的控制器 177

一、逆变开关电路 177

二、驱动电路 177

三、控制电路 178

四、控制器实例 180

第十节　永磁无刷直流电动机的无位置传感器控制 183

一、无位置传感器控制技术的位置检测方法 184

二、基于专用芯片的无位置传感器无刷直流电动机控制 185

三、无位置传感器永磁无刷直流电动机的控制原理图 189

第八章　异步起动永磁同步电动机 191

第一节　异步起动永磁同步电动机的结构与特点 191

一、异步起动永磁同步电动机的结构 191

二、异步起动永磁同步电动机的转子磁极结构 192

三、转子磁路结构的选择原则 194

四、异步起动永磁同步电动机的特点 195

第二节　异步起动永磁同步电动机的基本电磁关系 196

一、转速 196

二、气隙磁场的有关系数 196

三、交直轴电枢反应电抗 198

四、感应电动势 199

五、永磁同步电动机的相量图 199

六、永磁同步电动机的电磁转矩 201

七、永磁同步电动机的V形曲线 203

第三节　异步起动永磁同步电动机的工作特性计算 205

一、损耗计算 205

二、工作特性的计算 206

第四节　永磁同步电动机的起动过程与起动性能计算 207

一、起动过程中的磁场 207

二、起动过程中的转矩分析 207

三、起动过程中平均转矩的计算 208

四、起动过程仿真 208

五、起动转矩的定义与测定 209

第五节 提高永磁同步电动机性能的技术措施 211

一、提高起动转矩的措施 211

二、提高功率因数的措施 211

三、提高效率、扩大经济运行范围的措施 212

第六节　永磁同步电动机性能的敏感性分析 215

一、外加电压的影响 215

二、永磁材料分散性的影响 218

三、环境温度的影响 220

第七节　异步起动永磁同步电动机的电磁设计 224

一、异步起动永磁同步电动机的额定数据和主要性能指标 224

二、定子冲片尺寸和气隙长度的确定 225

三、定子绕组的设计 225

四、转子铁心的设计 226

第八节　油田抽油机用永磁同步电动机的设计 227

一、油田抽油机用电动机的特点 227

二、油田抽油机用永磁同步电动机的设计准则 227

三、油田抽油机用永磁同步电动机的设计 227

四、主要性能 228

第九节　异步起动永磁同步电动机计算实例 228

第九章　调速永磁同步电动机 252

第一节　调速永磁同步电动机的基本结构和数学模型 252

一、调速永磁同步电动机的基本结构 252

二、调速永磁同步电动机的数学模型 252

第二节　调速永磁同步电动机的矢量控制 256

一、矢量控制原理 256

二、永磁同步电动机的电流控制策略 257

三、调速永磁同步电动机矢量控制系统 258

第三节　矢量控制永磁同步电动机的功率特性及弱磁扩速能力分析 259

一、矢量控制调速永磁同步电动机的性能分析方法 259

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 259

三、永磁同步电动机最大输入功率弱磁控制时的功率特性 262

四、永磁同步电动机弱磁扩速能力的提高 265

五、其他因素对功率特性及弱磁扩速能力的影响 266

第四节　调速永磁同步电动机的电感参数计算方法 267

一、交、直轴电感的计算方法 267

二、交、直轴电流对交、直轴电感的影响 267

第五节　调速永磁同步电动机矢量控制运行的实现 269

一、驱动系统概述 269

二、位置传感器的选用及安装 269

三、位置和速度的采样 269

四、永磁同步电动机控制系统软件设计 270

第六节　调速永磁同步电动机的直接转矩控制 272

一、概述 272

二、永磁同步电动机M-T坐标系下的转矩方程 272

三、基于定子相电压矢量的定子磁链控制 273

四、永磁同步电动机直接转矩控制系统的实现 275

第七节　调速永磁同步电动机的设计 276

一、主要尺寸及气隙选择 277

二、转子磁路结构的选择 278

三、永磁体选择及设计 278

四、气隙磁密波形优化 278

五、齿槽转矩的抑制和低速平稳性的改善 279

第十章　特殊结构永磁电机 280

第一节　横向磁通永磁电机 280

一、横向磁通永磁电机的结构与工作原理 280

二、横向磁通永磁电机的特点 281

三、横向磁通永磁电机的分类 281

四、横向磁通永磁电机的典型实例 283

第二节 HALBACH磁体结构永磁电机 284

一、HALBACH磁体结构 285

二、有导磁铁心时，HALBACH磁体结构电机与常规磁体结构电机的磁场对比 286

三、无转子导磁铁心时，HALBACH磁体结构电机与常规磁体结构电机的磁场对比 288

四、HALBACH磁体结构永磁电机试验 288

五、其他形式的HALBACH磁体结构 289

六、HALBACH磁体结构电机的应用 290

第三节　永磁高速电动机 291

一、永磁高速电机的结构与设计特点 291

二、高速电动机实例 292

第四节　记忆电动机 293

一、变磁通记忆电机 293

二、变极记忆电机 295

第五节　双凸极永磁电机 296

一、结构特点 296

二、工作原理 297

三、双凸极永磁电机的特点 298

第六节　振荡起动单相永磁同步电动机 298

一、结构 298

二、基本工作原理 299

三、转向控制 299

四、应用实例 299

第七节　写极电动机 301

一、写极电动机的结构 301

二、写极电动机的工作原理 301

三、写极电动机的特点 302

四、单相写极电动机 302

附录 304

附录A　导线规格表 304

附录B　导磁材料磁化曲线和损耗曲线图表 305

附录C　常用定、转子槽比漏磁导计算 320