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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

参考文献9

第二章 永磁材料10

第一节 材料的磁性与分类10

一、磁性的来源10

二、铁磁材料的分类11

三、常用的磁学单位制11

第二节 永磁材料的主要性能参数12

一、铁磁材料的磁滞回线12

二、永磁材料的退磁曲线与内禀退磁曲线12

三、永磁材料的主要性能参数13

第三节 永磁材料的磁性能稳定性及稳定化处理15

一、磁性能稳定性15

二、稳定性处理方法16

第四节 主要永磁材料及其特点17

一、马氏体永磁17

二、铁镍钴基永磁17

三、可加工永磁19

四、铁氧体永磁20

五、稀土钴永磁22

六、钕铁硼永磁22

七、粘结永磁25

八、电机中常用永磁材料的综合对比26

参考文献26

第三章 永磁电机的磁路设计与计算27

第一节 磁场与磁路27

一、磁感应强度、磁场强度和磁导率27

二、磁通、磁压、磁动势27

三、磁路参数27

四、磁路的分类28

第二节 永磁电机的磁路结构29

第三节 永磁电机的磁路计算31

一、永磁体的等效磁路31

二、永磁电机外磁路33

三、永磁电机的气隙磁压降计算33

四、永磁电机主磁路特性的计算42

五、永磁电机漏磁路的计算43

六、永磁电机的等效磁路43

第四节 永磁体工作图法44

一、退磁曲线的近似计算44

二、相对回复磁导率的近似计算45

三、永磁体工作图法45

四、用计算机求解永磁体工作图46

第五节 永磁体工作点的解析法47

一、磁路计算中基值的选取47

二、标幺值的计算47

三、基于标幺值的等效磁路48

四、基于标幺值的磁路解析计算48

五、标幺值的优点49

第六节 永磁电机的磁路设计50

一、永磁体的选择50

二、永磁体的设计50

三、永磁体尺寸的确定51

四、表面式永磁电机气隙磁密的估算52

参考文献52

第四章 永磁电机的磁场分析53

第一节 磁场的微分方程边值问题53

一、位函数满足的偏微分方程53

二、边界条件的确定54

三、偏微分方程的边值问题55

第二节 有限元法的基本原理56

一、条件变分问题56

二、剖分插值56

三、单元分析57

四、总体合成58

五、强加边界条件的处理58

六、方程组求解59

第三节 永磁体的等效59

一、磁化矢量法59

二、等效面电流法60

三、瓦片形磁极的等效61

第四节 基于场路耦合的涡流场分析63

一、涡流场分析的有限元模型及其离散化处理63

二、涡流场分析的若干问题64

三、与外部电路的耦合64

第五节 基于有限元分析的参数计算66

一、磁通和磁链的计算66

二、气隙磁密径向分量的分布66

三、电感计算67

四、损耗计算67

五、电磁转矩的计算67

第六节 电机有限元分析中若干问题的处理68

一、叠片铁心的处理68

二、第一类边界条件的确定69

三、槽内电流的处理70

四、周期性边界条件的应用70

五、运动边界的处理72

参考文献72

第五章 永磁电机的齿槽转矩73

第一节 基于能量法的表面式永磁电机齿槽转矩分析方法73

一、齿槽转矩的产生机理73

二、齿槽转矩的解析分析73

三、表面式永磁电机的齿槽转矩削弱方法75

四、极数与槽数组合、斜极和斜槽对齿槽转矩的影响76

第二节 基于磁极分段的齿槽转矩削弱方法78

第三节 基于极弧系数选择的齿槽转矩削弱方法81

一、平行充磁瓦片形磁极永磁电机齿槽转矩分析81

二、基于极弧系数选择的永磁电机齿槽转矩削弱方法81

第四节 基于不等槽口宽配合的齿槽转矩削弱方法84

一、采用不等槽口宽配合时的齿槽转矩解析表达式84

二、基于不等槽口宽配合的齿槽转矩削弱方法85

三、计算实例86

第五节 基于磁极偏移的齿槽转矩削弱方法87

一、磁极偏移时的齿槽转矩表达式88

二、磁极偏移角度的确定89

第六节 基于不等厚永磁磁极的齿槽转矩削弱方法91

一、不等厚磁极结构91

二、基于不等厚磁极的齿槽转矩削弱方法92

第七节 基于不同极弧系数组合的齿槽转矩削弱方法93

一、不同极弧系数组合时的齿槽转矩表达式93

二、极弧系数组合的确定94

第八节 基于开辅助槽的齿槽转矩削弱方法95

一、有辅助槽时的齿槽转矩表达式95

二、辅助槽数的选择97

第九节 基于不等极弧系数的齿槽转矩削弱方法98

一、基于不等极弧系数的齿槽转矩削弱方法99

二、齿槽转矩的解析分析99

三、有限元法确定Bm最小时的kt值100

四、有限元验证101

五、适用范围101

第十节 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、转子偏心永磁电机的等效103

三、转子偏心永磁电机的齿槽转矩分析103

四、偏心对齿槽转矩的影响105

第十一节 内转子永磁无刷电机的齿槽转矩及其削弱108

一、表面式内转子永磁无刷电机的齿槽转矩及其削弱109

二、内置式内转子永磁无刷电机的齿槽转矩及其削弱109

参考文献116

第六章 永磁直流电动机117

第一节 永磁直流电动机的结构117

一、磁极结构117

二、电枢结构119

第二节 永磁直流电动机的基本方程121

一、电压平衡方程121

二、感应电动势121

三、电磁转矩121

四、电磁功率121

五、功率平衡方程121

六、转矩平衡方程122

七、电磁参数122

第三节 永磁直流电动机的工作特性122

一、转速特性123

二、转矩特性123

三、机械特性123

四、效率特性124

第四节 永磁直流电动机的电枢反应124

一、负载时气隙中的磁动势和磁场124

二、交轴电枢反应和直轴电枢反应124

三、电枢反应对电机运行的影响125

四、电枢反应最大去磁时永磁体工作点的校核125

第五节 永磁直流电动机的调速126

一、电枢回路串电阻调速126

二、改变主磁通调速126

三、改变电压调速127

第六节 带辅助极永磁直流电动机127

一、带辅助极永磁直流电动机的结构和工作原理128

二、带辅助极永磁直流电动机的性能特点128

三、实际应用129

第七节 换向129

一、换向过程129

二、电刷及其选择132

三、火花等级133

四、改善换向的方法133

第八节 永磁直流电动机的电磁设计134

一、永磁直流电机的额定数据和性能指标134

二、主要尺寸的确定134

三、永磁体尺寸的确定135

四、极数的选择135

五、电枢冲片设计135

六、换向器和电刷136

七、换向条件的校核137

第九节 永磁直流电动机计算实例138

一、额定数据138

二、主要尺寸及永磁体尺寸选择139

三、电枢冲片及电枢绕组计算140

四、磁路计算143

五、负载工作点计算144

六、换向计算145

七、最大去磁校核146

八、工作特性147

参考文献149

第七章 永磁无刷直流电动机150

第一节 永磁无刷直流电动机的工作原理与结构150

一、工作原理150

二、永磁无刷直流电动机的结构152

第二节 永磁无刷直流电动机工作特性的传统计算方法156

一、基于方波的永磁无刷直流电动机特性计算157

二、基于正弦波的永磁无刷直流电动机特性计算158

第三节 永磁无刷直流电动机气隙磁场的解析计算158

一、表面式永磁无刷直流电动机气隙磁场的解析计算模型158

二、永磁磁场解析计算算例165

三、空载电动势的计算165

第四节 电枢反应磁场及相绕组电感参数的计算166

一、电枢反应磁场的解析计算167

二、绕组电感参数的计算169

第五节 永磁无刷直流电动机的场路耦合模型169

一、永磁无刷直流电动机的场路耦合模型169

二、算例171

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172

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172

二、特性分析计算173

三、计算实例176

第七节 永磁无刷直流电动机的转矩波动177

一、永磁无刷直流电动机的转矩波动概述177

二、换向转矩波动分析177

第八节 永磁无刷直流电动机的设计特点183

一、工作方式的确定183

二、电磁负荷选择183

三、极数和槽数的确定183

第九节 永磁无刷直流电动机的控制器184

一、逆变开关电路184

二、驱动电路184

三、控制电路185

四、控制器实例187

参考文献190

第八章 异步起动永磁同步电动机192

第一节 异步起动永磁同步电动机的结构与特点192

一、异步起动永磁同步电动机的结构192

二、异步起动永磁同步电动机的转子磁极结构194

三、转子磁路结构的选择原则196

四、异步起动永磁同步电动机的特点196

第二节 异步起动永磁同步电动机的基本电磁关系198

一、转速198

二、气隙磁场的有关系数198

三、感应电动势202

四、永磁同步电动机的相量图203

五、交直轴电枢反应电抗204

六、永磁同步电动机的电磁转矩205

七、永磁同步电动机的V形曲线207

第三节 异步起动永磁同步电动机的工作特性计算208

一、损耗计算209

二、工作特性的计算209

第四节 永磁同步电动机的起动过程与起动性能计算210

一、起动过程中的磁场210

二、起动过程中的转矩分析211

三、起动过程中平均转矩的计算211

四、起动过程仿真212

五、起动转矩的定义与测定214

第五节 提高永磁同步电动机性能的技术措施214

一、提高起动转矩的措施214

二、提高功率因数的措施215

三、提高效率，扩大经济运行范围的措施215

第六节 永磁同步电动机性能的敏感性分析218

一、外加电压的影响218

二、永磁材料分散性的影响221

三、环境温度的影响223

第七节 异步起动永磁同步电动机的电磁设计227

一、异步起动永磁同步电动机的额定数据和主要性能指标227

二、定子冲片尺寸和气隙长度的确定228

三、定子绕组的设计228

四、转子铁心的设计229

第八节 油田抽油机用永磁同步电动机设计230

一、油田抽油机用电动机的特点230

二、油田抽油机用永磁同步电动机的设计准则230

三、油田抽油机用永磁同步电动机的设计230

四、主要性能231

第九节 异步起动永磁同步电动机的电磁计算程序和算例231

一、额定数据和技术要求231

二、主要尺寸232

三、永磁体计算232

四、定、转子冲片233

五、绕组计算236

六、磁路计算238

七、参数计算243

八、工作特性计算248

九、起动性能计算251

参考文献256

第九章 永磁同步发电机257

第一节 永磁同步发电机的结构和工作原理257

一、永磁同步发电机的结构257

二、工作原理259

第二节 永磁同步发电机的电枢反应261

一、电枢电流？与励磁电动势？0同相位261

二、电枢电流？与励磁电动势？0不同相位263

第三节 永磁同步发电机的磁场波形系数与参数计算264

一、气隙磁场的有关系数264

二、电抗参数的计算265

第四节 永磁同步发电机的电压方程和相量图265

第五节 永磁同步发电机的功率方程、转矩方程和功角特性266

一、功率方程266

二、转矩方程266

三、功角特性266

第六节 永磁同步发电机的运行特性267

一、外特性与电压调整率267

二、效率特性268

第七节 直驱永磁风力发电机268

一、直驱式永磁同步风力发电系统的总体结构268

二、结构特点269

三、直驱式永磁同步风力发电机的特点270

四、直驱式永磁同步风力发电机存在的问题271

五、典型的直驱式永磁同步风力发电机271

第八节 混合励磁永磁同步发电机272

一、组合转子混合励磁电机273

二、励磁绕组内嵌式混合励磁电机274

三、顺极式混合励磁同步电机276

四、爪极混合励磁同步电机276

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277

一、额定数据277

二、永磁材料性能278

三、定子铁心278

四、定子绕组279

五、转子结构尺寸281

六、磁路计算281

七、参数计算284

八、电压调整率和短路电流计算287

九、损耗和效率计算288

参考文献288

第十章 调速永磁同步电动机290

第一节 调速永磁同步电动机的基本结构和数学模型290

一、调速永磁同步电动机的基本结构290

二、调速永磁同步电动机的数学模型290

第二节 调速永磁同步电动机的矢量控制294

一、矢量控制原理294

二、永磁同步电动机的电流控制策略295

三、调速永磁同步电动机矢量控制系统296

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297

一、矢量控制调速永磁同步电动机的性能分析方法297

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297

三、永磁同步电动机最大输入功率弱磁控制时的功率特性300

四、永磁同步电动机弱磁扩速能力的提高303

五、其他因素对功率特性及弱磁扩速能力的影响304

第四节 调速永磁同步电动机的电感参数计算方法305

一、交、直轴电感的计算方法305

二、交、直轴电流对交、直轴电感的影响305

第五节 调速永磁同步电动机矢量控制运行的实现307

一、驱动系统概述307

二、位置传感器的选用及安装307

三、位置和速度的采样307

四、永磁同步电动机控制系统软件设计308

第六节 调速永磁同步电动机的直接转矩控制310

一、概述310

二、永磁同步电动机M—T坐标系下的转矩方程310

三、基于定子相电压矢量的定子磁链控制311

四、永磁同步电动机直接转矩控制系统的实现313

第七节 调速永磁同步电动机的设计314

一、主要尺寸及气隙选择315

二、转子磁路结构的选择316

三、永磁体选择及设计316

四、气隙磁密波形优化316

五、齿槽转矩的抑制和低速平稳性的改善317

附录318

附录A 导线规格表318

附录B 导磁材料磁化曲线和损耗曲线图表319

附录C 常用铸铝转子槽下部比漏磁导的计算327