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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