永磁體磁極對外做功不消耗其自身的磁能,因而被廣泛應用在永磁發(fā)電機和永磁電動機中做定子或轉子磁極。永磁發(fā)電機和永磁電動機與常規(guī)電勵磁發(fā)電機和電動機相比,具有結構簡單、體積小、重量輕、效率高、溫升低、噪聲小、維護方便等特點,從而被廣泛地應用在航天、航空、汽車、艦船、工業(yè)自動化、醫(yī)療器械、家電等諸多領域。
本書在理論和實踐的基礎上,給出永磁體磁極極面及兩極面之間的距離與永磁體磁感應強度之間的數(shù)學關系,進而給出永磁電動機的永磁體磁極徑向布置和切向布置時的氣隙磁密和磁路計算的數(shù)學表達式。同時也給出永磁體磁極的軸向拼接和徑向并聯(lián)、徑向串聯(lián)的特點及磁密計算。
本書分別給出了永磁靴式直流電動機,永磁有刷、無刷有槽直流電動機,永磁有刷、無刷盤式直流電動機,永磁交流電動機等的結構、轉動機理、主要參數(shù)、主要尺寸設計及計算和損耗、功率及效率等。此外,本書也給出了永磁電動機輸入功率的效率,提出了永磁電動機輸出功率與輸入功率的比值,進一步證明在某種意義上說永磁體磁能不遵守能量守恒。并給出永磁電動機與常規(guī)電勵磁電動機在相同功率的前提下,永磁電動機比常規(guī)電勵磁電動機節(jié)能10%~20%的舉例。
本書以永磁體磁極特性理論為基礎,以實踐經(jīng)驗為參考,給出永磁無刷靴式直流電動機的設計舉例和永磁交流電動機的設計舉例。
本書可供永磁電動機設計、研究和永磁電機制造企業(yè)用作學習資料,也可作為高等院校電機設計及制造專業(yè)教學參考書或教材。
本書作者的《永磁發(fā)電機機理、設計及應用》一書出版后,受到很多讀者的歡迎,于2014年進行了修訂,于2015年1月推出了《永磁發(fā)電機機理、設計及應用(第2版)》,反響熱烈。本書作為其姊妹篇,是應機械工業(yè)出版社的編輯之邀,根據(jù)讀者的需求,又推出的一部集作者多年經(jīng)驗的心血力作。
本書中包括永磁體磁極的基本理論,永磁電動機永磁體磁極的徑向、切向布置,以及永磁體磁極的軸向拼接,徑向并聯(lián)、串聯(lián)的氣隙磁密的計算和磁路計算。本書還給出了永磁有刷、無刷靴式直流電動機,永磁有刷、無刷有槽直流電動機,永磁有刷、無刷盤式直流電動機及永磁交流電動機等的轉動機理、主要參數(shù)的設計計算等。永磁電動機的機理有別于傳統(tǒng)電勵磁電動機的機理,作者自1973年至今已經(jīng)有40余年對永磁體和永磁電動機研究的經(jīng)驗,現(xiàn)在將這40余年理論和實踐所取得的成果奉獻給讀者,希望能夠幫助讀者更清楚地了解永磁電動機的機理,更深刻地理解永磁電動機設計的精髓。
前言
創(chuàng)新,就是拋開舊的,創(chuàng)造新的。創(chuàng)造新的,就是提出新方法、建立新理論、做出新成就、制造新產(chǎn)品。
創(chuàng)新是發(fā)展的動力,沒有創(chuàng)新,社會就不會發(fā)展。
創(chuàng)新就是解決矛盾。舊的矛盾解決了,新的矛盾又產(chǎn)生了,再解決新矛盾……事物在不斷出現(xiàn)矛盾、解決矛盾中得到發(fā)展。
在科學技術領域中,創(chuàng)新是科學技術發(fā)展的動力,沒有創(chuàng)新,科學技術就不能發(fā)展。
改革開放以來,人民生活不斷地得到改善和提高。一些經(jīng)濟條件較好的農(nóng)民開始發(fā)明創(chuàng)造。中央電視臺第十套節(jié)目中有一個欄目是“我愛發(fā)明”,從中可以看到普普通通的農(nóng)民,他們不辭辛勞,為了實現(xiàn)自己的發(fā)明夢想,堅持幾年,甚至十幾年,孜孜不倦地追求、制造、試驗,他們終于夢想成真。如“老沈”的噴灑農(nóng)藥的4旋翼直升機,它比人工噴灑農(nóng)藥的效率提高了幾十倍,且農(nóng)藥比人工噴灑得更均勻。這架直升機易于操作,且操作靈活,可在農(nóng)田的任何空地起飛和降落。再如竹筍去皮機、松子開口機、小麥收割機的卸糧機等。這些發(fā)明創(chuàng)造使勞動效率提高幾倍、十幾倍,甚至幾十倍。這就是創(chuàng)新。
人類有記載的文明史已經(jīng)有幾千年,人類社會就是在不斷創(chuàng)新中得到發(fā)展的。前人提出的假說、理論,后人給予證明、完善、發(fā)展和應用?茖W技術的發(fā)展就是后人站在前人肩膀上的創(chuàng)新。
永磁體磁極對外做功不消耗其自身磁能。人們利用永磁體磁極的這一特性,制造了永磁發(fā)電機和永磁電動機。永磁發(fā)電機和永磁電動機與同功率電勵磁的發(fā)電機和電動機相比,體積小、重量輕、效率高、溫升小、噪聲小、節(jié)能10%~20%。永磁電動機的外徑達到了5mm,這是電勵磁電動機無法達到的。這就是創(chuàng)新。
永磁電動機被廣泛地應用在航天、航空、艦船、汽車、電動汽車、電動自動車、工業(yè)自動控制、醫(yī)藥及醫(yī)療器械、家電等領域。
作者的《永磁發(fā)電機機理、設計及應用》一書出版后,受到很多讀者的歡迎。應機械工業(yè)出版社的江婧婧編輯之邀,根據(jù)讀者的需求,又寫了本書。本書中包括永磁體磁極的基本理論,永磁電動機永磁體磁極的徑向、切向布置,以及永磁體磁極的軸向拼接,徑向并聯(lián)、串聯(lián)的氣隙磁密的計算和磁路計算。本書給出了永磁有刷、無刷靴式直流電動機,永磁有刷、無刷有槽直流電動機,永磁有刷、無刷盤式直流電動機及永磁交流電動機等的轉動機理、主要參數(shù)的設計計算等。由于永磁電動機有別于傳統(tǒng)電勵磁電動機的機理,作者將其自1973年至現(xiàn)在40余年對永磁體和永磁電動機研究的理論和實踐所得到的成果奉獻給讀者。
作者在書中幾次提到“永磁體對外做功不消耗其自身磁能,在某種意義上說,永磁體磁能不遵守能量守恒”,這是指永磁體磁能在外動力作用下對外做功而不消耗其自身磁能。對于永磁發(fā)電機,外動力使鑲嵌永磁體磁極的轉子轉動,在定子繞組中輸出電能;對于永磁電動機,當定子繞組通電時,勵磁就會使鑲嵌永磁體磁極的轉子轉動。對外輸出轉矩的過程中,永磁體對外做功不消耗其自身磁能,并且與電勵磁發(fā)電機和電動機相比節(jié)能10%~20%,節(jié)省下來的能量是永磁體磁能在外動力作用下貢獻的,這已被作者的實驗和樣機所證明。
永磁體的磁能是保守能,當外動力停止時,永磁體磁能也停止做功,永磁體磁能不會在外動力停止時自動對外做功。因此,不能憑想象利用“永磁體對外做功不消耗其自身磁能,在某種意義上說,永磁體磁能不遵守能量守恒”去創(chuàng)造永磁磁能永動機。
由于作者水平有限,可能在本書中有這樣或那樣的錯誤,歡迎讀者批評指正,作者不勝感謝。
在此向機械工業(yè)出版社的江婧婧編輯及出版社給予作者的支持表示衷心的感謝。
在此,也再次向《永磁發(fā)電機機理、設計及應用》的讀者表示衷心的感謝。
蘇紹禹,男,1964年生。1970年畢業(yè)于大連理工大學,高級工程師。先后擔任過內(nèi)蒙古自治區(qū)巴林左旗農(nóng)機修造廠副廠長、內(nèi)蒙古自治區(qū)巴林左旗經(jīng)濟委員會技術負責人;內(nèi)蒙古自治區(qū)巴林左旗科學技術委員會技術開發(fā)主管科員;吉林省通鋼公主嶺機械廠新產(chǎn)品研究室主任;長春轎車消音器廠副總工程師等職。
前言
主要符號
第一章緒論1
第一節(jié)永磁體的發(fā)展歷史與永磁電機1
第二節(jié)磁性機理2
第三節(jié)永磁體的磁能3
第四節(jié)永磁電動機的特點及其未來4
第二章永磁體的特殊性能、種類及其
一般性能6
第一節(jié)永磁體的磁和磁性能的概念6
第二節(jié)永磁體的特殊性能9
第三節(jié)永磁體的種類及其一般性能14
第三章永磁電動機中永磁體磁極的布
置及其磁密21
第一節(jié)永磁電動機的種類、結構特點及
用途21
第二節(jié)永磁體的特性曲線及其工作點23
第三節(jié)永磁體的氣隙磁密26
第四節(jié)永磁電動機中永磁體磁極的布置及
其特點和氣隙磁密29
第五節(jié)永磁電動機的定子齒、定子軛的
磁密35
第四章永磁靴式直流電動機39
第一節(jié)永磁有刷靴式直流電動機的結構、
起動、換向及反轉39
第二節(jié)永磁有刷靴式直流電動機轉動
機理42
第三節(jié)永磁有刷靴式直流電動機的反電動
勢及反電動勢對永磁體的充、去磁
和電磁轉矩45
第四節(jié)永磁有刷靴式直流電動機的功率和
效率48
第五節(jié)永磁無刷靴式直流電動機的結構、
起動、換向及反轉54
第六節(jié)永磁無刷靴式直流電動機轉動
機理56
第七節(jié)永磁無刷靴式直流電動機的電流換
向方式59
第八節(jié)永磁無刷靴式直流電動機的反電動
勢、轉矩及轉子永磁體磁極的充、
去磁62
第九節(jié)永磁無刷靴式直流電動機的功率和
效率65
第十節(jié)永磁靴式直流電動機的主要參數(shù)和
主要尺寸68
第十一節(jié)永磁靴式直流電動機永磁體磁極
及極靴繞組的設計74
第五章永磁有刷有槽直流電動機78
第一節(jié)永磁有刷有槽直流電動機的結構、
起動、反轉和轉動機理78
第二節(jié)永磁有刷有槽直流電動機的反電動
勢和轉矩、轉速和調(diào)速81
第三節(jié)永磁有刷有槽直流電動機的功率和
效率84
第四節(jié)永磁有刷有槽直流電動機與同功率
電勵磁直流電動機的比較87
第五節(jié)永磁有刷有槽直流電動機的額定數(shù)
據(jù)、主要參數(shù)89
第六節(jié)永磁有刷有槽直流電動機主要尺寸
的確定93
第七節(jié)永磁有刷有槽直流電動機的繞組
設計95
第八節(jié)永磁有刷有槽直流電動機的轉子槽
及其參數(shù)和磁路計算102
第九節(jié)永磁有刷有槽直流電動機定子永磁
體磁極的設計105
第十節(jié)永磁有刷有槽直流電動機換向器的
設計110
第六章永磁無刷有槽直流電動機114
第一節(jié)永磁無刷有槽直流電動機的結構及
轉動機理114
第二節(jié)永磁無刷有槽直流電動機的定子槽、
起動和轉速119
第三節(jié)永磁無刷有槽直流電動機的反電動
勢和電磁轉矩122
第四節(jié)永磁無刷有槽直流電動機的相數(shù)、
極數(shù)及繞組124
第五節(jié)永磁無刷有槽直流電動機的位置傳
感器及其安裝位置129
第六節(jié)永磁無刷有槽直流電動機的主要參
數(shù)及尺寸132
第七節(jié)永磁無刷有槽直流電動機的定子
槽尺寸、槽滿率及磁路計算136
第八節(jié)永磁無刷有槽直流電動機的功率及
效率139
第九節(jié)永磁無刷有槽直流電動機的現(xiàn)狀及
未來發(fā)展143
第七章永磁盤式直流電動機145
第一節(jié)永磁有刷盤式直流電動機的結構、
起動和反轉145
第二節(jié)永磁有刷盤式直流電動機的轉動機
理、轉矩、反電動勢、轉速和
調(diào)速147
第三節(jié)永磁有刷盤式直流電動機的功率、
效率及節(jié)能150
第四節(jié)永磁有刷盤式直流電動機的額定數(shù)
據(jù)、主要指標及主要參數(shù)152
第五節(jié)永磁有刷盤式直流電動機主要尺寸
的確定156
第六節(jié)永磁有刷盤式直流電動機的轉子
繞組161
第七節(jié)永磁有刷盤式直流電動機換向器的
設計165
第八節(jié)永磁無刷盤式直流電動機的結構、
起動、反轉和調(diào)速167
第九節(jié)永磁無刷盤式直流電動機的轉動機
理、反電動勢及轉矩170
第十節(jié)永磁無刷盤式直流電動機的額定數(shù)
據(jù)及主要參數(shù)173
第十一節(jié)永磁無刷盤式直流電動機主要尺
寸的確定176
第十二節(jié)永磁無刷盤式直流電動機的定子
繞組180
第十三節(jié)永磁無刷盤式直流電動機的功率、
效率和節(jié)能182
第八章永磁交流電動機185
第一節(jié)永磁交流電動機的結構和轉動
機理185
第二節(jié)永磁交流電動機的額定數(shù)據(jù)和主要
參數(shù)190
第三節(jié)主要尺寸及定子槽設計193
第四節(jié)永磁交流電動機的繞組設計及繞組
相關參數(shù)199
第五節(jié)永磁交流電動機的磁路計算及起動
力矩204
第六節(jié)永磁交流電動機的損耗、功率和效
率及轉矩209
第七節(jié)永磁交流電動機的未來215
第九章永磁電動機轉子軸的設計、計
算及轉子的平衡217
第一節(jié)永磁電動機轉子軸最危險軸徑的
確定217
第二節(jié)轉子軸的強度校核220
第三節(jié)轉子軸的撓度和永磁電動機的臨界
轉速224
第四節(jié)永磁電動機轉子的平衡228
第十章設計舉例230
設計舉例1設計計算機驅(qū)動冷卻風扇的永磁
無刷兩極四靴直流電動機230
設計舉例2三相18極11kW永磁交流電動機
設計234
附錄248
附錄A厚絕緣聚酯漆包扁銅線參數(shù)248
附錄B磁導體硅鋼片的主要性能(國產(chǎn)
硅鋼片)249
附錄C部分導磁材料的磁化曲線及鐵損曲
線表253
參考文獻260