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绪论1

0.1　特种电机发展概况1

0.2　永磁材料及其特性4

0.2.1　永磁材料特性4

0.2.2　几种常用的永磁材料8

0.3　永磁磁路计算基础15

0.3.1 永磁体等效成磁通源或磁动势源15

0.3.2　空载和负载时的等效磁路17

0.3.3　永磁体工作点的确定18

0.3.4　永磁体的最佳工作点19

0.4　本课程的性质与任务20

第1章　永磁直流电动机与永磁同步电动机21

1.1　概述21

1.1.1　永磁同步发电机21

1.1.2　高效永磁同步电动机22

1.1.3　调速永磁同步电动机和永磁无刷电动机22

1.1.4　永磁直流电动机22

1.1.5　永磁特种电机23

1.2　永磁直流电动机23

1.2.1　基本结构24

1.2.2　基本方程和运行特性27

1.2.3　动态特性33

1.3　永磁同步电动机33

1.3.1　转子磁极结构34

1.3.2　稳态运行分析37

1.3.3　稳态运行特性43

1.3.4　起动过程分析45

思考题与习题49

第2章　永磁无刷电动机50

2.1　永磁无刷电动机的构成和工作原理50

2.1.1　永磁无刷电动机的构成50

2.1.2　空载气隙磁场50

2.1.3　绕组与电动势51

2.1.4　电磁力和电磁转矩53

2.1.5　永磁无刷电动机的工作原理55

2.2　位置传感器57

2.2.1　霍尔位置传感器57

2.2.2　旋转变压器59

2.2.3　光电编码器62

2.2.4　磁性编码器63

2.3　方波电压驱动永磁无刷电动机——永磁无刷直流电动机65

2.3.1　电压方程式和转矩公式65

2.3.2　方波驱动和驱动模式66

2.3.3　简化情况下方波驱动永磁无刷电动机的特性66

2.3.4　方波驱动永磁无刷电动机的控制76

2.4　正弦波电压驱动永磁无刷电动机——永磁交流伺服电动机82

2.4.1 电压方程式和转矩公式83

2.4.2　驱动模式84

2.4.3　正弦波电压驱动永磁无刷电动机的驱动控制89

2.5　无独立位置传感器的永磁无刷电动机95

2.5.1　引言95

2.5.2　基于反电动势的位置预估95

2.5.3　利用定子电压、电流估算转子位置96

2.5.4　无独立位置传感器的永磁无刷电动机的矢量控制97

2.5.5　无独立位置传感器的永磁无刷电动机的起动问题97

2.6　永磁无刷电动机的定位力矩和波动力矩98

2.6.1　定位力矩98

2.6.2　波动力矩101

思考题与习题105

第3章　直流伺服电动机与两相交流伺服电动机106

3.1　概述106

3.2　直流伺服电动机107

3.2.1　工作原理与结构特点107

3.2.2　控制方式112

3.2.3　稳态特性113

3.2.4　动态特性114

3.3　两相交流伺服电动机116

3.3.1　基本结构与工作原理116

3.3.2　控制方式118

3.3.3　稳态特性119

3.3.4　动态特性122

思考题与习题122

第4章　步进电动机124

4.1　概述124

4.2　步进电动机的结构125

4.2.1　反应式步进电动机的结构125

4.2.2　永磁式步进电动机的结构126

4.2.3　混合式步进电动机的结构127

4.3　反应式（磁阻式）步进电动机的工作原理127

4.3.1　三相单三拍通电方式127

4.3.2　三相双三拍通电方式128

4.3.3　三相单、双六拍通电方式129

4.4　反应式步进电动机的运行特性131

4.4.1　静态运行特性131

4.4.2　单步运行状态134

4.4.3　连续脉冲运行状态137

4.5　驱动电源139

4.5.1　对驱动电源的基本要求139

4.5.2　驱动电源的构成140

4.6　步进电动机的应用143

思考题与习题145

第5章　开关磁阻电机驱动系统146

5.1　概述146

5.1.1 开关磁阻电机驱动系统的基本构成146

5.1.2　开关磁阻电机驱动系统的特点147

5.2　开关磁阻电动机的基本工作原理和结构148

5.2.1　工作原理148

5.2.2　相数与定子、转子齿极数的关系149

5.2.3　绕组的联结方式与极性分布149

5.3　基本电磁关系150

5.3.1　基本电路方程151

5.3.2　相绕组电流152

5.3.3　转矩、功率与能量传递152

5.3.4　机械特性154

5.4　功率变换器155

5.4.1　主电路拓扑结构155

5.4.2　功率变换器的容量156

5.4.3　开关器件的选择156

5.4.4　辅助电路156

5.5　控制系统157

5.5.1　电流斩波控制158

5.5.2　角度位置控制158

5.6　反馈信号检测159

5.6.1　位置检测159

5.6.2　相电流检测160

5.6.3　转速检测160

5.7　制动运行与发电运行161

5.7.1　制动运行原理161

5.7.2　发电运行161

5.8　开关磁阻电机驱动系统的应用163

思考题与习题164

第6章　直线电动机166

6.1　概述166

6.2　直线感应电动机167

6.2.1　基本结构167

6.2.2　工作原理169

6.2.3　运行特性170

6.2.4　边端效应171

6.3　永磁直线电动机173

6.3.1　基本结构173

6.3.2　工作原理与运行特性176

6.3.3　齿槽推力177

6.3.4　边端效应179

6.4　直线电动机的应用181

思考题与习题182

第7章　角位传感电机183

7.1　概述183

7.2 自整角机184

7.2.1　基本结构184

7.2.2　工作原理185

7.2.3　无接触式自整角机和双通道自整角机190

7.3　旋转变压器192

7.3.1　基本结构192

7.3.2　工作原理193

7.3.3　无接触式旋转变压器和双通道旋转变压器195

7.4　固态角位传感电机197

7.4.1　固态自整角变压器197

7.4.2　固态自整角差动发送机198

7.4.3　固态自整角发送机和数字自整角机（旋转变压器）转换器199

7.5　角位传感电机的应用200

思考题与习题203

第8章　测速发电机204

8.1　概述204

8.2　直流测速发电机205

8.2.1　基本结构与工作原理205

8.2.2　输出特性分析205

8.3　交流测速发电机206

8.3.1　特点与分类206

8.3.2　杯形转子异步测速发电机207

8.4　其他类型测速发电机209

8.4.1　永磁直流直线测速发电机209

8.4.2　无刷直流测速发电机209

8.4.3　脉冲测速发电机210

8.5　测速发电机的应用212

思考题与习题213

第9章　超声波电机214

9.1　概述214

9.2　压电陶瓷的超声频振动机理214

9.2.1　压电效应214

9.2.2　机电耦合效应215

9.2.3　振动模态216

9.2.4　压电陶瓷的系统方程及等效电路216

9.3　超声波电机的基本结构和工作原理218

9.3.1　基本结构218

9.3.2　工作原理219

9.4　驱动控制技术223

9.4.1　控制方式223

9.4.2　控制技术224

思考题与习题226

参考文献227