轴向磁通永磁无刷电机 原书第2版 可作为企业电气工程师 机械工程师以及相关领域技术人员的培训教材和参考书

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计和分析方法以及控制技术等。轴向磁通永磁无刷电机拥有多样的拓扑结构，本书先从基础理

论入手，系统介绍了电机的尺寸方程、电磁物理关系、工作机制、材料选择和制造工艺；继而

针对定子有铁心、定子无铁心和定转子均无铁心的三种主要类别，详细阐述了各自的性能特征

和分析方法；之后，介绍了该类电机作为无刷直流电机和同步电机运行的控制技术，以及热性

能分析的相关知识；*后，本书展示了轴向磁通永磁无刷电机在不同领域中的应用。

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及相关领域技术人员的培训教材和参考书。

编辑引荐

*年来，随着电动汽车的推广应用和电动垂直起降飞行器的兴起，工业界对高功率密度电机的需

求持续增长。轴向磁通永磁无刷电机以其紧凑的扁平结构、高功率密度和高效率等特点，备受

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电机的结构、设计、分析、控制和应用。本书为第2版，相比第1版，增加了新的章节、新的应用

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译者序

前言

第1章 引言1

1.1范围1

1.2特性1

1.3AFPM电机的发展2

1.4AFPM电机的类型4

1.5拓扑和几何尺寸5

1.6转子动力学9

1.7永磁产生的轴向磁场10

1.8*简单的AFPM无刷电机——永磁涡流制动器12

1.9AFPM电机与RFPM电机的对比15

1.10AFPM电机的功率限制16

数值算例17

第2章 AFPM电机原理24

2.1磁路24

2.1.1单边电机24

2.1.2双边单永磁转子电机25

2.1.3环形铁心双边单定子电机26

2.1.4双边单定子有槽电机27

2.1.5双边单定子无铁心电机27

2.1.6多盘电机28

2.2绕组29

2.2.1槽内分布的三相绕组29

2.2.2环形绕组30

2.2.3无定子铁心绕组30

2.2.4非重叠（集中线圈）绕组32

2.3转矩产生34

2.4磁通35

2.5电磁转矩和感应电动势36

2.6损耗与效率37

2.6.1定子绕组损耗37

2.6.2定子铁耗38

2.6.3通过有限元方法计算铁耗39

2.6.4永磁体损耗40

2.6.5转子铁耗41

2.6.6定子导体的涡流损耗41

2.6.7机械损耗42

2.6.8非正弦电流损耗43

2.7相量图43

2.8尺寸方程46

2.9电枢反应48

2.10AFPM电动机51

2.10.1正弦波电动机51

2.10.2方波电动机51

2.11AFPM同步发电机54

2.11.1离网型发电机54

2.11.2并网型发电机54

数值算例56

第3章 材料与制造64

3.1定子铁心64

3.1.1无取向硅钢片64

3.1.2非晶铁磁合金67

3.1.3软磁粉末复合材料69

3.1.4定子铁心的制造71

3.2转子磁路73

3.2.1永磁材料74

3.2.2永磁材料的特性77

3.2.3图解法求工作点81

3.2.4主磁导和漏磁导83

3.2.5永磁体磁路的计算86

3.2.6转子磁路的制造88

3.3绕组90

3.3.1导体90

3.3.2槽绕组的制造91

3.3.3无铁心绕组的制造92

数值算例94

第4章 有铁心的AFPM电机100

4.1几何结构100

4.2有定子铁心的商用AFPM电机100

4.3有铁心AFPM电机的特点102

4.4气隙磁通密度分布103

4.5电抗计算104

4.5.1同步电抗和电枢反应电抗104

4.5.2定子漏抗105

4.6性能特征107

4.7性能计算109

4.7.1正弦波AFPM电机109

4.7.2同步发电机111

4.7.3方波AFPM电机112

4.8有限元计算113

数值算例115

第5章 无定子铁心的AFPM电机125

5.1优缺点125

5.2商用无定子铁心AFPM电机125

5.3无定子铁心AFPM微型发电机127

5.4性能计算128

5.4.1稳态性能计算128

5.4.2动态性能计算129

5.5无铁心绕组电感的计算131

5.5.1传统方法131

5.5.2有限元方法132

5.6性能特征133

5.7无铁心非重叠绕组AFPM电机的性能137

5.8定子绕组中的涡流损耗142

5.8.1涡流损耗电阻142

5.8.2降低涡流损耗143

5.8.3降低环流损耗144

5.8.4测量涡流损耗145

5.9电枢反应147

5.10机械设计特点149

5.10.1机械强度分析149

5.10.2定子上的不平衡轴向力152

5.11热问题153

数值算例154

第6章 无定转子铁心的AFPM电机161

6.1优缺点161

6.2拓扑和结构 161

6.3气隙磁通密度164

6.4电磁转矩和感应电动势165

6.5商用无铁心AFPM电机165

6.6案例研究：低速无铁心AFPM无刷电机 168

6.6.1性能特征169

6.6.2成本分析170

6.6.3与带叠片定转子铁心的径向电机的比较171

6.7案例研究：低速无铁心AFPM无刷发电机172

6.8无铁心AFPM电机的特点173

数值算例175

第7章 控制181

7.1方波AFPM电机的控制181

7.1.1电压方程183

7.1.2固态变换器183

7.1.3电流控制186

7.1.4速度控制188

7.1.5高速运行188

7.2正弦波AFPM电机控制189

7.2.1数学模型和dq等效电路189

7.2.2电流控制193

7.2.3速度控制195

7.2.4正弦波AFPM电机控制器硬件197

7.3无位置传感器控制200

数值算例201

第8章 冷却和散热208

8.1热分析的重要性208

8.2传热模型208

8.2.1热传导208

8.2.2热辐射209

8.2.3热对流210

8.3AFPM电机的冷却212

8.3.1自通风AFPM电机213

8.3.2外部冷却AFPM电机219

8.4集总参数热模型222

8.4.1等效热路222

8.4.2能量守恒224

8.5电机工作制225

8.5.1连续工作制225

8.5.2短时工作制225

8.5.3断续工作制225

数值算例226

第9章 应用232

9.1发电 232

9.1.1高速发电机232

9.1.2低速发电机233

9.2电动汽车238

9.2.1混合动力电动汽车 238

9.2.2纯电动汽车241

9.2.3燃料电池电动汽车243

9.3船舶推进244

9.3.1大型AFPM电机244

9.3.2无人潜艇的推进系统246

9.3.3船用反转转子推进系统246

9.4电磁飞机弹射系统247

9.5移动钻井设备249

9.6梁式抽油机251

9.7电梯254

9.8微型AFPM电机256

9.9振动电机258

9.10计算机硬盘驱动器260

9.11心室辅助装置261

9.12带有**导励磁系统的轴向磁通电机265

数值算例269

符号与缩略语表272

参考文献281

专利297

Jacek F. Gieras拥有波兰波兹南技术大学电气工程（电机）工学博士和理学博士学位。他的研究领

域包含电机、控制器、电磁学、电力系统、飞机电气系统和铁路工程。1987年，被提升为正教授。

自1998年以来，一直任职于美国联合技术公司（UTC）。同时，他还是波兰比得哥什技术与生命

科学大学的电气工程教授。他参与编写了13本著作，发表了250多篇论文，拥有107项美国专利和

16项欧洲专利。他是IEEE终身会士，UTC航空航天系统会士（美国），国际电气工程学会的正式成

员，以及众多国际会议的指导**成员。