永磁電機是應用非常廣泛的電機。特別是無刷電機和永磁同步電機興起后，其廣泛用于各個行業(yè)，并逐步替代一些交流、直流、串勵、步進電機�！队来烹姍C槽極配合及實用設計》是一本實用的電機設計工程書，著重介紹了永磁電機運行質(zhì)量與電機槽極配合的內(nèi)在關(guān)系、設計要素和設計準則、設計思考方法，并對電機設計時涉及槽極配合的各種參數(shù)進行了深入分析和講解。書中包含大量典型的永磁電機設計實例，實例均源于作者的工作實踐，從多方面講述如何確保各種不同的永磁電機的運行質(zhì)量，用不同的方法、從不同的設計角度進行分析、判斷，以幫助設計人員快速及高質(zhì)量地完成設計方案。
《永磁電機槽極配合及實用設計》從生產(chǎn)實踐出發(fā)，提出確保永磁電機運行質(zhì)量的理論和實用設計方法，對即將從事或正在從事與永磁電機有關(guān)的研發(fā)、設計、生產(chǎn)、控制和應用的技術(shù)人員、管理人員，以及高等院校電機相關(guān)專業(yè)教師、學生會有很大的幫助。
1.永磁電機應用十分廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)域，例如用于現(xiàn)在大火的新能源汽車領(lǐng)域。
2.本書是一本實用的電機設計工程書，從工程設計角度出發(fā)，介紹永磁電機的槽極配合及提高電機運行質(zhì)量的實用設計方法和設計技巧。
3.書中包含大量典型的永磁電機設計實例，實例均源于作者的工作實踐，具有極強的參考價值，能夠幫助設計人員快速及高質(zhì)量地完成設計方案。
4.書中介紹的設計方法和技巧通俗易懂，富有新意，沒有晦澀的內(nèi)容與語言，有些內(nèi)容是傳統(tǒng)的電機設計著作中所沒有提及和分析過的，體現(xiàn)了作者多年的實際工作經(jīng)驗和研究成果。
永磁電機是電機中的重要類型，特別是永磁無刷電機和永磁同步電機在各個行業(yè)中得到了廣泛應用，由于永磁無刷電機、永磁同步電機（均為無刷電機）在運行和伺服性能上具有更多優(yōu)點，逐步替代了部分交流感應電機、直流電機、步進電機等，從而將工業(yè)自動化進程推向了一個新的高度。
這些年，許多電機專家和技術(shù)工作者對永磁無刷電機的運行原理、控制技術(shù)、生產(chǎn)工藝進行了不懈的努力和研究，使這類電機的生產(chǎn)和應用得到蓬勃發(fā)展。永磁無刷電機成為非常熱門的一種新興電機，在國防軍事、科學研究、通信制造、汽車工業(yè)、醫(yī)療器械、計算機、辦公自動化、工業(yè)機床加工、紡織、電動車、工業(yè)自動化控制等領(lǐng)域得到了廣泛應用。
電機質(zhì)量的好壞不僅依靠電機的機械特性，在滿足了一定的機械特性后，決定電機質(zhì)量好壞的還有電機的運行特性。猶如兩輛汽車在同樣時速下行駛，一輛汽車在行駛過程中非常平穩(wěn)，噪聲非常小，而另一輛汽車在行駛中振動非常大，噪聲也很大，行駛不平穩(wěn)，因此這兩輛汽車的行駛性能是有差別的，其差別不是在汽車的行駛車速上，而是在汽車的行駛質(zhì)量上。
電機的運行質(zhì)量特性是電機的內(nèi)特性，是由電機的某些重要因素控制的。電機的運行質(zhì)量特性包括齒槽轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩波動、諧波、感應電動勢和波形、最大輸出功率、噪聲和振動等。
許多電機工作者致力于改善電機的運行質(zhì)量特性，但如何去研究、解決電機的運行質(zhì)量特性的系統(tǒng)論述不多見，對電機運行質(zhì)量的目標設計和設計方法的論著更少。
有些電機工作者在設計電機結(jié)構(gòu)時不知道如何使電機的運行質(zhì)量得到提高。只有在選定了電機的結(jié)構(gòu)后，通過電機設計軟件去分析某些電機的運行質(zhì)量特性并盡力去改善電機的運行質(zhì)量。但是一臺電機的結(jié)構(gòu)確定后，其基本的齒槽轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩波動、諧波等已經(jīng)形成，不會因修改某些電機參數(shù)使電機的運行質(zhì)量得到很大的改善。由于永磁無刷電機的生產(chǎn)需要，如何很好、快速、簡捷地設計一臺較完美的永磁無刷電機對于企業(yè)的電機設計工作者來講尤為重要。
作者在多年的電機設計和生產(chǎn)實踐中花了較大的精力對永磁電機進行了大量的研究。在設計電機時，對于電機的機械特性，只要抓住電機的N、兩大要素，控制住電機的KT和KE，電機的運行機械性能就能得到控制。而只要適當選定電機的槽Z、極p配合，抓住電機的Z、p兩大要素，那么就能基本控制住電機的運行質(zhì)量特性。在這個基礎上，再進行電機結(jié)構(gòu)和其他參數(shù)的設計，這樣設計出的電機運行質(zhì)量會很好，也不需要采用許多額外措施去改善電機的運行質(zhì)量。只要控制好N、、Z、p四大要素，就抓住了電機設計的要點，它們也是電機設計取得成功的關(guān)鍵所在。
作者提出電機的槽極配合與電機的運行質(zhì)量有著內(nèi)在的主要關(guān)聯(lián)。電機的槽極配合是影響電機運行質(zhì)量的主要矛盾，提出了電機運行質(zhì)量的槽極配合之間關(guān)系的一些理論聯(lián)系，提高電機運行質(zhì)量的公式、關(guān)系、方法和手段、判斷依據(jù)、一系列的有效改善措施，從而使電機設計工作者在電機設計之初就可以選用運行質(zhì)量較佳的槽極配合，然后再進行電機結(jié)構(gòu)、磁路方面的設計，最終實現(xiàn)電機運行質(zhì)量的目標設計，少走彎路。利用這些觀點和方法在電機設計中能明顯改善和提高電機的運行質(zhì)量。
《永磁電機槽極配合及實用設計》是一本實用的電機設計工程書，從工程設計角度出發(fā)，介紹永磁電機的槽極配合及提高電機運行質(zhì)量的實用設計方法和設計技巧。對永磁電機的槽、極、繞組進行了詳細的討論和分析，介紹了改善永磁電機運行質(zhì)量的設計要素和設計準則，研究和討論了永磁電機設計時考慮電機運行質(zhì)量所必須涉及的槽極配合選用問題，其中包括電機運行特性的介紹，電機運行質(zhì)量特性與槽極配合的關(guān)系，繞組分布、排列、繞組系數(shù)的計算，電機齒槽轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩波動與槽極配合的關(guān)系和應用，電機運行質(zhì)量參數(shù)的分析與計算，電機的評價因子和圓心角與電機運行質(zhì)量的關(guān)系及其選用方法，電機的目標設計及槽極配合，提出了多個新觀點和新方法。
《永磁電機槽極配合及實用設計》用較多的篇幅介紹了如何選用、判斷電機槽極配合及其對電機運行質(zhì)量的影響的設計實例，涵蓋了永磁電機的多種應用行業(yè)，轉(zhuǎn)速從數(shù)百轉(zhuǎn)每分鐘至數(shù)萬轉(zhuǎn)每分鐘，功率從數(shù)十瓦至數(shù)十千瓦，這些設計實例內(nèi)容豐富、翔實，是永磁電機運行質(zhì)量設計方法的經(jīng)驗之談，通過實例講解，讀者可以很快理解電機槽極配合對電機運行質(zhì)量的重要影響，并能獲得許多實用設計方法，體會電機設計的奧妙之處。
《永磁電機槽極配合及實用設計》是一本永磁電機設計指導參考書，站在電機設計者的角度，從解決永磁電機、改善電機運行質(zhì)量的快速設計實際出發(fā)，介紹的設計方法和技巧通俗易懂，富有新意，沒有晦澀的內(nèi)容與語言，有些內(nèi)容是傳統(tǒng)的電機設計著作中所沒有提及和分析過的，體現(xiàn)了作者多年的實際工作經(jīng)驗和研究成果。這對即將從事或正在從事永磁電機開發(fā)、生產(chǎn)的應用人員以及大專院校師生從事電機設計工作會有很大幫助，能使設計工作者從新角度去認識和提高電機設計能力和水平，達到能夠?qū)崙?zhàn)、少走彎路的目的。讀者閱讀本書后，會覺得永磁電機的運行質(zhì)量的設計不是一種高、大、上的高深理論和技術(shù)，而僅是一種技巧和方法，設計一個運行質(zhì)量良好的永磁電機方案將不是一件很困難的事，具有高中以上文化程度的讀者就可以用較短的時間，快捷、方便、獨立地設計出具有較完美運行質(zhì)量的永磁電機。
《永磁電機槽極配合及實用設計》僅是作者對永磁電機運行質(zhì)量設計經(jīng)歷、主觀認識的闡述，人對世界的認識是有限的，作者對電機的認識不過是滄海一粟，許多認識具有局限性、片面性，故而本書只是起到拋磚引玉的作用，錯誤和不當之處敬請讀者和同行批評指正。如果讀者能夠用作者介紹的理論、經(jīng)驗、方法去分析和設計出運行質(zhì)量較完美的永磁電機，作者就覺得無限寬慰了。
在《永磁電機槽極配合及實用設計》的寫作過程中，得到了江蘇旭泉電機股份有限公司的全力支持，以及蘇州綠的諧波傳動科技股份有限公司、江蘇開璇智能科技有限公司、江蘇翰琪電機股份有限公司、常州御馬精密科技（江蘇）股份有限公司、常州蓓斯特寶馬電機有限公司、常州富山智能科技有限公司、紹興市上虞恒華電機有限公司等廠家和許多同行、專家的大力支持和鼓勵，在此表示誠摯的感謝。
本書由哈爾濱工業(yè)大學李鐵才教授、南京大學黃潤生教授、上海交通大學姜淑忠教授主審，王增元教授、張建生教授對本書進行了技術(shù)性審核和指導。感謝譚洪濤、鄭江、丁力、曹揚、周運建、呂智、李敏、肖雄厚對本書出版所提供的大量技術(shù)支持和幫助；感謝劉婧燕對本書圖表繪制所做的工作。
主編 邱國平
2024.3于常州
邱國平，是全國重大科研項目主要負責人，曾獲江蘇省科技先進工作者稱號、全國科學大會獎。長期從事光機電儀器及電機設計、制造和理論研究工作，設計過直流電機、交流電機、齒輪電機、步進電機、無刷電機、永磁同步電機等各種類型的電機。對電機設計理論有獨特見解，并提出了電機的目標設計方法。在國際和國內(nèi)發(fā)表過多篇電機學術(shù)論文，出版電機著作3部。
前言
第1章 永磁電機槽極配合與電機性能1
1.1 電機運行的質(zhì)量特性1
1.2 電機結(jié)構(gòu)與槽極配合3
1.3 電機槽極配合與電機性能、工藝的關(guān)系4
1.4 電機槽極配合對電機主要參數(shù)的影響4
第2章 永磁電機槽極配合與繞組6
2.1 電機槽極配合6
2.2 電機繞組形式7
2.2.1 單節(jié)距繞組7
2.2.2 多節(jié)距繞組8
2.2.3 整數(shù)槽繞組和分數(shù)槽繞組8
2.3 電機繞組的分布形式11
2.3.1 單層繞組和雙層繞組11
2.3.2 槽極配合的分布12
2.4 電機繞組的顯極與庶極16
2.4.1 繞組顯極和庶極的名稱由來16
2.4.2 顯極與庶極的繞組排列18
2.4.3 顯極與庶極的特點18
2.4.4 顯極與庶極的繞組接法19
2.5 電機的節(jié)距和極距20
2.5.1 節(jié)距和極距定義20
2.5.2 單層繞組的節(jié)距20
2.5.3 雙層繞組的節(jié)距22
2.5.4 單層和雙層繞組的應用23
2.6 電機繞組的分區(qū)23
2.6.1 繞組分區(qū)簡介23
2.6.2 分區(qū)中的繞組分布25
2.6.3 分區(qū)繞組的特點26
2.6.4 對稱分區(qū)繞組與非對稱分區(qū)繞組的概念27
2.7 分數(shù)槽集中繞組的對稱與非對稱28
2.8 電機槽極配合與電機磁路的關(guān)系30
2.9 少極電機的槽數(shù)37
2.9.1 電機轉(zhuǎn)速與電機極數(shù)的關(guān)系37
2.9.2 少極電機的槽極比38
2.10 電機繞組排列42
2.10.1 電勢星形法繞組排列設計42
2.10.2 繞組形式的分類43
2.10.3 大節(jié)距整數(shù)槽繞組排列和接線44
2.10.4 分數(shù)槽集中繞組排列和接線47
2.10.5 分數(shù)槽集中繞組排列簡圖畫法49
2.11 電機設計軟件中的繞組排列51
第3章 永磁電機槽極配合與運行和質(zhì)量特性56
3.1 電機運行特性56
3.1.1 電機運行的機械特性56
3.1.2 電機運行的質(zhì)量特性57
3.2 槽極配合與齒槽轉(zhuǎn)矩58
3.2.1 槽極配合與齒槽轉(zhuǎn)矩簡介58
3.2.2 齒槽轉(zhuǎn)矩的波形58
3.2.3 齒槽轉(zhuǎn)矩的計算60
3.2.4 齒槽轉(zhuǎn)矩的容忍度61
3.2.5 齒槽轉(zhuǎn)矩的計算精度62
3.2.6 齒槽轉(zhuǎn)矩峰值的概念64
3.2.7 齒槽轉(zhuǎn)矩的評價因子65
3.2.8 齒槽轉(zhuǎn)矩的圓心角69
3.2.9 定子斜槽70
3.2.10 轉(zhuǎn)子分段直極錯位72
3.2.11 轉(zhuǎn)子分段直極錯位的形式75
3.2.12 齒槽轉(zhuǎn)矩波形的對稱度76
3.2.13 齒槽轉(zhuǎn)矩單峰波形的對稱度79
3.2.14 波形的對稱度對直極錯位段數(shù)的影響79
3.2.15 轉(zhuǎn)子直極錯位的分段選取法86
3.3 影響電機齒槽轉(zhuǎn)矩的主要因素87
3.3.1 槽極配合與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系87
3.3.2 電機結(jié)構(gòu)與齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)系101
3.3.3 磁鋼極弧系數(shù)對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響102
3.3.4 定子槽口對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響112
3.3.5 磁鋼凸極對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響115
3.4 槽極配合的轉(zhuǎn)矩波動130
3.4.1 轉(zhuǎn)矩波動的概念130
3.4.2 轉(zhuǎn)矩波動大小的定義130
3.4.3 轉(zhuǎn)矩波動大小的容許值132
3.4.4 斜槽、轉(zhuǎn)子分段直極錯位的轉(zhuǎn)矩波動132
3.4.5 齒槽轉(zhuǎn)矩周期數(shù)與轉(zhuǎn)矩波動的關(guān)系 135
3.4.6 轉(zhuǎn)矩波動波形136
3.4.7 轉(zhuǎn)矩波動波形與電機的多種因素138
3.4.8 齒槽轉(zhuǎn)矩不等于轉(zhuǎn)矩波動141
3.4.9 齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動的一些分析142
3.4.10 轉(zhuǎn)子直極錯位與電機轉(zhuǎn)矩波動145
3.4.11 兼顧齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動的方法154
3.5 槽極配合與感應電動勢154
3.5.1 電機的感應電動勢154
3.5.2 電機感應電動勢的求取154
3.5.3 電機感應電動勢波形討論159
3.5.4 電機的空載與負載的感應電動勢 164
3.5.5 電機槽極配合的圓心角對感應電動勢的影響164
3.5.6 感應電動勢的設置技術(shù)166
3.5.7 測試電機感應電動勢控制電機的性能166
3.6 槽極配合的電機諧波166
3.6.1 諧波的基本介紹166
3.6.2 用MotorSolve軟件求取諧波的方法167
3.6.3 電機評價因子與電機諧波的關(guān)系168
3.6.4 削弱電機高次諧波的方法168
3.7 槽極配合對電機最大輸出功率的影響169
3.7.1 電機槽極比與最大輸出功率倍數(shù)的關(guān)系169
3.7.2 槽數(shù)相同，極數(shù)減少，最大輸出功率增加169
3.7.3 極數(shù)確定，槽數(shù)增加，最大輸出功率增加170
3.8 評價因子、圓心角與電機大小無關(guān)171
第4章 電機繞組系數(shù)和轉(zhuǎn)矩的計算172
4.1 電機繞組系數(shù)計算172
4.1.1 電機繞組系數(shù)的概念172
4.1.2 分數(shù)槽集中繞組的繞組系數(shù)174
4.1.3 大節(jié)距繞組的繞組系數(shù)191
4.1.4 單節(jié)距電機的繞組系數(shù)207
4.2 電機轉(zhuǎn)矩的計算212
4.2.1 永磁同步電機的內(nèi)功率因數(shù)角212
4.2.2 內(nèi)功率因數(shù)角求取方法一213
4.2.3 內(nèi)功率因數(shù)角求取方法二214
4.2.4 電機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩波動的求取214
4.2.5 MotorSolve 2D轉(zhuǎn)矩曲線分析222
4.2.6 Motor-CAD 2D轉(zhuǎn)矩曲線分析224
4.2.7 電機實例計算227
4.2.8 電機軟件計算230
4.2.9 轉(zhuǎn)矩角、內(nèi)功率因數(shù)角導入2D計算的誤差分析與修正方法237
第5章 永磁電機結(jié)構(gòu)設計方法與技巧246
5.1 電機結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)和設計方法 246
5.1.1 電機設計分析的方法介紹246
5.1.2 電機的測評247
5.1.3 電機的改制250
5.1.4 電機系列設計251
5.1.5 有參照電機的全新設計255
5.1.6 沒有參照電機的全新設計257
5.2 電機的軟件快速設計265
5.3 永磁無刷電機簡捷設計步驟（采用RMxprt軟件）292
5.4 永磁同步電機簡捷設計步驟（采用RMxprt軟件）296
第6章 永磁電機槽極配合的設計應用299
6.1 少槽電機槽極配合的設計 299
6.1.1 單節(jié)距少槽電機299
6.1.2 大節(jié)距少極電機323
6.2 DDR力矩電機槽極配合的設計331
6.2.1 DDR電機槽極配合的設計思想分析331
6.2.2 24槽不同極數(shù)的槽極配合的分析332
6.2.3 48槽不同極數(shù)的槽極配合的分析337
6.2.4 DDR電機實例設計與分析339
6.3 無框力矩電機槽極配合的設計349
6.3.1 無框電機設計指標350
6.3.2 電機形式的判定351
6.3.3 電機結(jié)構(gòu)尺寸的分析352
6.3.4 科爾摩根TBM7615-A樣機的分析354
6.3.5 設計要點354
6.3.6 材料與參數(shù)的確定355
6.3.7 電機槽極配合的分析355
6.3.8 TWO-76D2-280電機設計思路356
6.3.9 電機槽極配合的選取357
6.3.10 定子斜槽359
6.3.11 定子開輔助槽359
6.3.12 熱分析及電機絕緣等級359
6.3.13 無框永磁同步電機設計思路360
6.3.14 無框永磁同步電機模塊建立360
6.3.15 無框永磁同步電機設計計算書360
6.3.16 電機反電動勢分析363
6.3.17 電機轉(zhuǎn)矩常數(shù)計算365
6.3.18 無框永磁同步電機轉(zhuǎn)矩波動和齒槽轉(zhuǎn)矩分析365
6.3.19 無框永磁同步電機性能圖表和2D分析圖表及分析368
6.3.20 設計電機性能對比370
6.3.21 無框電機槽極配合的設計小結(jié)371
6.4 電動車電機槽極配合的設計372
6.4.1 電動汽車電機的槽極配合372
6.4.2 電動汽車電機的槽極比373
6.4.3 槽極配合在電動汽車電機中的應用374
6.4.4 槽極配合在電動汽車電機上的應用分析375
6.4.5 電動汽車電機設計分析之一388
6.4.6 電動汽車電機設計分析之二403
6.5 特殊槽極配合電機的設計409
6.5.1 5.5kW 27槽8極電機分析410
6.5.2 24槽8極和27槽8極電機的性能分析設計410
6.5.3 12槽10極5.5kW電機設計示例418
6.6 主軸電機槽極配合的設計425
6.6.1 主軸電機概述425
6.6.2 主軸電機的分類426
6.6.3 伺服電機與主軸電機的區(qū)別427
6.6.4 主軸電機的形狀428
6.6.5 主軸電機的冷卻方式428
6.6.6 電主軸電機的應用429
6.6.7 主軸電機的結(jié)構(gòu)430
6.6.8 主軸電機的轉(zhuǎn)動慣量433
6.6.9 主軸電機的槽極配合434
6.6.10 主軸電機性能與負載和工作狀態(tài)分析436
6.6.11 主軸電機的參數(shù)436
6.6.12 主軸電機的編碼器437
6.6.13 主軸電機的工作頻率439
6.6.14 主軸電機的設計一439
6.6.15 主軸電機的設計二446
6.6.16 主軸電機的設計三455
6.6.17 主軸電機的設計四463
6.6.18 主軸電機的設計五469
6.6.19 主軸電機的設計六472
6.6.20 主軸電機的設計七485
6.6.21 交流主軸電機實例分析505
6.6.22 感應少槽少極電機的分析516
參考文獻523
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