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、铁镍钻基永磁 17
三、可加工永磁 19
四、铁氧体永磁 20
五、稀土钻永磁 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Brn最小时的k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I与励磁电动势E0同相位 261
二、电枢电流I与励磁电动势E0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