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内容简介

　　《微特电机》系统地介绍了各种微特电机运行原理、性能特点和设计方法等内容。全书共分三篇：上篇介绍通用基础理论，分别从电磁理论基础、磁路分析与永磁磁路、交流绕组基础、损耗与发热、振动、噪声与电磁兼容、电机常用分析方法等方面进行详细讲述；中篇介绍伺服与控制电机，从电气伺服驱动系统的共性问题出发，主要讲述了永磁直流电动机、永磁交流伺服电动机、感应伺服电动机、开关磁阻电机、步进电动机和传感器等；下篇介绍驱动与特种电机，主要讲述同步电机、单相电机、交直流两用电动机、直线电机、磁滞电动机、超声波电机等。
　　本书内容新颖丰富，涵盖面广，水平较高，实用性强，对从事微特电机设计、研发、管理和销售等相关人员在理论和实践上都有一定指导作用，还可作为电气工程师和相关领域工程技术人员以及高等院校相关专业师生的参考书。

目录

前言
上篇　通用基础理论
第1章　电磁理论基础 3
1．1　磁场中的几个基本物理量 3
1．2　麦克斯韦方程组 4
1．3　电磁感应定律 5
1．4　洛伦兹力与电磁转矩 8
第2章　磁路分析与永磁磁路 10
2．1　铁磁材料 10
2．2　永磁材料 12
2．3　磁路基本定律 25
2．4　永磁磁路的分析与计算 28
第3章　交流绕组基础 36
3．2　几种常见的交流绕组 38
3．3　正弦磁场下交流绕组的感应电动势 42
3．4　谐波电动势及其削弱方法 45
3．5　正弦电流时交流绕组的磁动势 48
第4章　电机的损耗与发热 57
4．1　能量守恒原理 57
4．2　损耗分析 57
4．3　电力电子供电下损耗的修正 62
4．4　电机的发热 64
4．5　微特电机的冷却与工作制 75
第5章　电机的振动、噪声与电磁兼容 78
5．1　电机振动 78
5．2　电机噪声 80
5．3　电机的电磁兼容 89
第6章　电机常用分析方法简述 104
6．1　电机分析的一般过程 104
6．2　电机常用动态分析方法 106
6．3　坐标变换 109
6．4　常用的坐标系和坐标变换 112
6．5　电机的电磁场 117
6．6　电机中的物理“场”和电机中的多种“路” 128
中篇　伺服与控制电机
第7章　电气伺服系统概述 135
7．1　概念与分类 135
7．2　基本特性参数 138
7．3　交流伺服系统的ＰＷＭ 控制技术 143
7．4　伺服电动机转矩波动 160
7．5　伺服系统常用的控制策略 165
第8章　永磁直流电动机 171
8．1　概述 171
8．2　工作原理和结构 171
8．3　基本方程和运行特性 178
8．4　电枢反应 183
8．5　调速及控制方法 184
8．6　换向分析 186
8．7　设计概要 193
8．7．1　额定数据和指标体系 193
8．7．2　设计要点 194
8．8　永磁直流力矩电动机 199
8．9　几种无铁心永磁直流伺服电动机 205
第9章　永磁交流伺服电动机 210
9．1　电机基本结构 210
9．1．1　电机结构 210
9．1．2　电枢绕组型式 210
9．1．3　转子结构 211
9．1．3．1　表贴式转子结构 211
9．1．3．2　内置式转子结构 212
9．1．3．3　混合式转子结构 213
9．2　永磁无刷直流电动机 214
9．2．1　系统构成 214
9．2．2　工作原理 215
9．2．3　性能分析 218
9．2．3．1　参数与稳态特性 218
9．2．3．2　动态模型与动态模拟 220
9．2．3．3　电枢反应 221
9．2．4　转矩波动 222
9．2．4．1　定义与原因 222
9．2．4．2　换相与转矩脉动 223
9．2．5　无刷电机的运行模式 226
9．2．5．1　开环运行 227
9．2．5．2　转矩控制模式 227
9．2．5．3　速度控制模式 227
9．2．5．4　位置控制模式 228
5
9．2．5．5　常用无传感器位置检测方法简介 228
9．3　方波驱动与正弦波驱动比较 229
9．3．1　基本概念 229
9．3．2　转矩与反电动势常数 230
9．3．3　转矩密度与功率密度 232
9．3．4　转矩波动 233
9．4　永磁交流伺服电动机的动态模型 233
9．4．1　三相系统下的数学模型 233
9．4．2　两相坐标系下的动态模型 237
9．4．2．1　αβ0坐标系中的动态模型 237
9．4．2．2　ｄｑ0坐标系中的动态模型 239
9．4．3　电磁功率和电磁转矩 241
9．5　永磁交流伺服电机的矢量控制 244
9．5．1　电压极限圆与电流极限圆 244
9．5．2　恒转矩轨迹与最大转矩／电流轨迹 245
9．5．3　犻ｄ＝0控制 246
9．5．4　ｃｏｓφ＝1控制 246
9．5．5　最大转矩／电流比控制 247
9．5．6　弱磁控制 248
9．5．7　不同控制策略下的机械特性 250
9．5．8　永磁交流伺服系统基本构成 250
9．6　永磁交流伺服电机直接转矩控制 252
9．6．1　转矩生成与控制 252
9．6．2　电压矢量与磁链轨迹 253
9．6．3　滞环控制与系统 255
9．6．3．1　滞环比较器控制 255
9．6．3．2　控制系统 257
9．6．4　磁链和转矩估计 257
9．6．5　直接转矩控制与矢量控制 259
9．7　永磁交流伺服电机实践与设计特点 260
9．7．1　确定任务目标 260
9．7．2　方案与设计特点 261
第10章　分数槽集中绕组伺服电动机 266
10．1　概述 266
10．1．1　定义 266
10．1．2　分数槽电机的优点 266
10．2　分数槽电机的约束条件和极槽配合 267
10．2．1　分数槽电机极槽约束条件 267
10．2．2　分数槽电机极槽配合的选择 268
10．3　绕组系数和绕组磁动势分析 272
10．3．2　绕组磁动势分析 276
10．4　齿槽转矩分析 282
10．4．1　齿槽转矩的性质及其产生规律 282
10．4．2　齿槽转矩分析及削弱方法 282
10．4．2．1　齿槽转矩分析 282
10．4．2．2　齿槽转矩的削弱方法 284
10．5　不平衡磁拉力分析 288
10．5．1　不平衡磁拉力产生的原因 288
10．5．2　静态（空载）ＵＭＰ 289
10．5．3　动态（负载）ＵＭＰ 291
10．5．4　产生ＵＭＰ的规律 294
10．6　需要进一步分析讨论的问题 294
第11章　感应电动机伺服控制系统 296
11．1　伺服控制方法概述 296
11．1．1　控制方法简介 296
11．1．2　控制方法分析比较 297
11．2　标量控制技术 299
11．2．1　变压变频控制技术 299
11．2．1．1　控制原理 299
11．2．1．2　机械特性 300
6
11．2．1．3　基频以下补偿控制 301
11．2．2　转速开环恒压频比控制技术 302
11．2．3　转速闭环转差频率控制技术 304
11．3　矢量控制技术 308
11．3．1　基本理论 308
11．3．1．1　空间矢量 308
11．3．1．2　坐标变换 314
11．3．1．3　任意同步旋转ＭＴ坐标下的矢量变换 316
11．3．1．4　ＭＴ坐标系下转子磁场定向矢量方程 318
11．3．2　转子磁场定向矢量控制技术 323
11．3．3　气隙磁场定向矢量控制技术 334
11．3．4　定子磁场定向矢量控制技术 335
11．4　直接转矩控制技术 336
第12章　步进电动机及驱动系统 348
12．1　概述 348
12．2　基本工作原理、电磁转矩和结构 349
12．2．2　结构型式 354
12．3　特性 358
12．4　主要技术指标和参数 359
12．4．1　主要参数 359
12．4．2　主要性能指标 360
7
12．5　驱动与控制 361
12．5．1　基本原理 361
12．5．2　脉冲分配器 362
12．5．3　恒压驱动方式 363
12．5．4　高低压驱动方式 364
12．5．5　恒流斩波驱动方式 365
12．5．6　调频调压驱动方式 366
12．5．7　微步驱动方式 367
12．5．8　控制与驱动芯片 369
12．5．9　步进电动机的控制 370
12．5．9．1　加减速控制 370
12．5．9．2　闭环控制 371
12．5．9．3　控制器 371
12．6　设计要点 372
12．6．1　基本结构 372
12．6．2　转子外径 372
12．6．3　定子主要数据和气隙长度 372
12．6．4　冲片设计 372
12．6．5　气隙磁导计算 373
12．6．6　磁通密度和磁动势 373
12．6．7　绕组设计 374
12．6．8　最大静转矩验算 374
12．6．8．1　磁阻式步进电动机最大静转矩 374
12．6．8．2　混合式步进电动机最大静转矩 374
12．7　选型 374
12．7．1　步距角的选择 374
12．7．2　系统的定位精度 374
12．7．3　转矩的选择 375
12．7．4　阻尼方法的选择 375
第13章　开关磁阻电机系统 377
13．1　概述 377
13．1．1　系统组成及原理 377
13．1．1．1　系统组成 377
13．1．1．2　系统基本工作原理 378
13．1．1．3　系统特点 378
13．1．2　研究现状与发展趋势 379
13．2　开关磁阻电机的基本结构和工作原理 381
13．2．1　基本结构 381
13．2．2　工作原理 381
13．2．3　相数与定、转子齿极数的关系 382
13．2．4　绕组连接方式与磁极分布 382
13．2．4．1　绕组连接方式 382
13．2．4．2　极性分布（以四相为例） 382
13．3　基本电磁关系与特性 383
13．3．1　基本电磁方程 383
13．3．2　相绕组电流 384
13．3．3　电磁转矩与能量转换 385
13．3．4　数学模型 386
13．3．5　机械特性 387
13．4　电磁设计基本原则 387
13．4．1　设计特点 387
13．4．2　主要技术参数 388
13．4．3　输出方程 388
13．4．4　电磁负荷 389
13．4．5　主要尺寸和主要参数选择 389
13．4．6　转矩计算 391
13．4．7　损耗计算 392
13．4．7．1　绕组铜损耗 392
13．4．7．2　铁心损耗 393
13．5　功率变换器 393
13．5．1　主电路设计 393
13．5．2　功率变换器的容量 394
13．5．3　开关器件的选择 394
13．5．4　辅助电路 395
13．6　控制系统 395
13．6．1　设计原则 396
13．6．2　控制原理 396
13．6．3　控制器设计概述 397
8
13．7　检测与反馈 398
13．7．1　位置检测 398
13．7．2　电流检测 398
13．7．3　转速检测 399
13．8　制动和发电运行 399
13．8．1　制动运行原理 399
13．8．2　发电运行 400
13．8．2．1　工作原理 400
13．8．2．2　发电运行时的控制 400
13．9　特种开关磁阻电机 401
13．9．1　全距绕组排列的开关磁阻电机 401
13．9．2　加辅助绕组的开关磁阻电机 402
13．10　单边双励磁的双凸极电动机 403
13．10．1　永磁式双凸极电动机 403
13．10．2　具有直流励磁的双凸极电动机 403
13．11　应用 404
第14章　伺服系统常用传感器装置 405
14．1　概述 405
14．2　旋转变压器 405
14．2．1　结构和分类 406
14．2．1．1　结构 406
14．2．1．2　分类 406
14．2．2　工作原理 407
14．2．3　主要技术指标和参数 409
14．2．4　设计特点 410
14．2．5　多极和双通道旋转变压器 412
14．2．5．1　分类与结构 412
14．2．5．2　工作原理 413
14．2．5．3　多极旋变绕组特点 414
14．2．5．4　主要技术指标和参数 415
14．2．5．5　设计特点 416
14．2．6　磁阻式旋转变压器 417
14．2．7　可变差动变压器（ＲＶＤＴ、ＬＶＤＴ） 420
14．2．7．1　旋转可变差动变压器（ＲＶＤＴ） 420
14．2．7．2　直线可变差动变压器（ＬＶＤＴ） 420
14．2．8　旋转变压器解码 420
14．3　自整角机 424
14．3．1　分类 425
14．3．1．1　力矩式自整角机 425
14．3．1．2　控制式自整角机 425
14．3．2　结构 425
14．3．3　工作原理 426
14．3．3．1　力矩式自整角机工作原理 426
14．3．3．2　控制式自整角机工作原理 426
14．3．4　主要技术指标和参数 427
14．4　测速发电机 430
14．4．1　分类与特点 430
14．4．2　永磁直流测速发电机 430
14．4．2．1　基本原理和结构 431
14．4．2．2　输出特性 431
14．4．2．3　主要技术指标及设计制造特点 431
14．4．3　交流异步测速发电机 432
9
14．4．3．1　基本原理和结构 432
14．4．3．2　输出特性 433
14．4．3．3　主要技术指标、误差及其补偿 433
14．4．4　其他测速发电机 433
14．5　光电编码器 435
14．5．1　增量式光电编码器 435
14．5．2　绝对式光电编码器 439
14．5．3　混合式光电编码器 440
14．6　磁编码器 440
14．6．1　磁电式编码器 441
14．6．2　磁阻式编码器 441
14．7　霍尔位置传感器 442
14．7．1　开关型霍尔传感器 442
14．7．2　线性型霍尔传感器 443
14．8　温度传感器 444
14．8．1　热敏电阻 444
14．8．2　热电阻传感器 445
14．8．3　热电偶传感器 445
14．9　电流传感器 445
下篇　驱动与特种电机
第15章　永磁同步电动机 451
15．1　概述 451
15．2　结构 451
15．2．3　转子隔磁措施 455
15．3　稳态运行性能 455
15．4　磁路分析与计算 458
15．4．2　空载漏磁系数 461
15．5　主要参数计算和分析 464
15．6　异步起动永磁同步电动机 467
15．7　盘式永磁同步电动机 476
15．8　横向磁通永磁同步电动机 482
15．9　爪极式永磁同步电动机 486
第16章　永磁同步发电机 490
16．1　概述 490
16．2　转子磁极结构 490
16．3　运行性能、参数和特性 494
16．4　混合励磁同步发电机 498
16．5　永磁风力发电机设计特点 501
第17章　单相感应电动机 503
17．1　概述 503
17．2　单相感应电动机工作原理 504
17．3　单相感应电动机的主要类型及用途 506
17．4　单相感应电动机的气隙磁场 511
17．5　单相感应电动机的绕组 517
17．6　单相感应电动机运行分析 521
17．7　单相感应电动机设计要点 536
17．8　单相感应电动机调速方法 540
17．8．1　Ｌ型接法调速和Ｔ型接法调速 540
第18章　单相串激电动机 544
18．1　概述 544
18．2　运行原理与基本结构 544
18．3　基本电磁关系 547
18．4　设计特点 551
18．5　电磁兼容性（ＥＭＣ）与噪声 553
第19章　直线电机 556
19．1　概述 556
19．2　直线电机的基本结构和工作原理 557
19．3　主要指标和参数及设计、工艺特点 561
19．4　驱动与控制 563
19．5　直线电机的应用与选用原则 565
19．6　直线感应电动机 567
19．7　直线直流电动机 572
19．8　直线同步电动机 575
19．9　直线步进电动机 582
19．10　其他直线电机 587
第20章　低速同步电动机 590
20．1　概述 590
20．2　基本工作原理和结构 591
20．2．1　工作原理 591
20．2．2　结构 595
20．3　基本理论分析 596
20．4　永磁低速同步电动机的电磁设计 603
第21章　磁滞电动机 612
21．1　概述 612
第22章　超声波电机 624
22．1　概述 624
22．2　压电陶瓷和压电振子 628
22．3　机械摩擦及超声波电机的摩擦材料 633
22．4　行波超声波电机 635
22．5　其他超声波电机 654
参考文献 658

前言/序言

　　我国微特电机行业经过五十多年的发展，其生产规模已跃居世界第一。和我国制造业一样，微特电机行业也正经历着由大变强的转变。可以预计，今后10～20年将是我国微特电机行业非常重要的发展变革时期，特别是《中国制造2025》的发布和实施，一定会激励我国制造业大步前行。而作为高端装备制造业中的核心零部件，微特电机在其中起着技术引领、支撑与保障作用；同时随着家庭平均拥有微特电机数量的不断增加，其性能、质量的优劣直接影响着人们的生活品质。我们坚信，中国微特电机的盛世即将来临。乙未仲夏，恰逢西安微电机研究所成立50周年。对西微所而言，可谓风雨兼程半世纪。曾经历经辉煌，也曾经受磨砺，在风浪中前行。作为西微所的一员，更作为微电机行业的老兵，不禁浮想联翩，夜不能寐，总想为西微所、乃至为微特电机行业留下点纪念，于是便有了写书的念头，了却一份情结！想好了便做，于是边工作，边构思，历经数月，之后又拉了几个同事一起，前后一年有余。中间也有过徘徊，然而这本《微特电机》终于还是与读者见面了。
　　微特电机具有鲜明的技术特征，并非传统意义上大、中、小电机向下的自然延伸，已经成为电机技术领域中最具发展潜力和最活跃的分支，它不仅广泛使用于经济建

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