特种电机

由法国阿布德莱扎克·莱佐克（Abderrezak Rezzoug）和莫哈迈德·艾尔哈迪·扎依姆（Mohammed EI-Hadi Za?m）合著、谢卫和汤天浩翻译的《特种电机／国际电气工程先进技术译丛》所介绍的特种电机并非传统意义的旋转变压器、自整角机和步进电动机等控制电机，而是按照功能区分的低速电机和高速电机，以及按照材料区分的超导电机。这些内容均是当今新技术和新材料在电机领域的生动体现。本书共分为四章，第1章介绍电机基本理论和材料特性；第2章介绍低速齿耦合电机，第3章介绍直驱式高速电机，第4章介绍超导励磁电机。
本书可作为高等学校电气工程及其自动化等专业高年级学生和电气工程学科研究生的教学参考书，也可供有关科技人员参考。

阿布德莱扎克·莱佐克，教授最早在他的祖国——阿尔及利亚开始了自己的本科学习，随后于1972年在法国洛林国立高等理工学院的国立高等电子与机械学院（ENSEM）获得了电子以及核物理的工程师学位（1972年）并加入了ENSEN学院。在ENSEN学院工作期间，Abderrezak REZZOUG教授分别于1979年和1987年获得了Doctor-Engineer和博士学位，这两篇学位论文主要是对两种不同类型的超导电机进行研究。
莫哈迈德·艾尔哈迪·扎伊姆是法国南特大学，综合理工学院电气工程系的一级教授，主要在法国IREENA（Institut de Recherche en Energie Electrique de Nantes Atlantique）实验室进行电机理论与设计相关的科学研究，长期活跃在新型执行机构的建模、设计、优化和开发等研究领域，其主要研究方向包括高速永磁同步电机，实心转子电机以及低速直驱电机。主持过IREENA实验室机电能转换课题组的工作，目前主要负责领导IREENA实验室电机设计等方面的研究工作。已经出版了五本电机方面的著作并发表了大量的文章。

译者序
原书前言
第1章 电机的理论工具与材料
1.1 理论工具
1.1.1 电磁学与旋转电机
1.1.2 旋转电机的机械学
1.1.3 旋转电机中的热交换
1.2 材料
1.2.1 绝缘体
1.2.2 导体
1.2.3 磁性材料
1.3 参考文献
第2章 低速齿耦合电机
2.1 引言
2.2 定位问题与可行性限制概述
2.2.1 定义
2.2.2 电机的质量或体积性能
2.2.3 机电转换频率的影响
2.2.4 电磁力密度
2.2.5 质量转矩密度的限制
2.2.6 与齿轮减速电机的比较
2.3 齿部绕组电机与齿极电机
2.3.1 齿部绕组VRM
2.3.2 齿极VRM
2.3.3 励磁齿极电机
2.4 分布绕组电机与微调效应电机
2.4.1 变磁阻电机
2.4.2 永磁微调电机
2.5 参考文献
第3章 高速电机
3.1 高速旋转运行的益处
3.2 高速电机的标准与条件
3.2.1 机械性能
3.2.2 铁磁损耗
3.2.3 气动损耗
3.2.4 轴承引导系统
3.2.5 结果与性能极限
3.3 电机类型
3.3.1 感应电机
3.3.2 同步电机
3.3.3 双凸极变磁阻电机（DSVRM）
3.4 应用实例
3.4.1 高速切削加工（HSM）
3.4.2 极速泵压
3.4.3 动能存储
3.5 高速电机优化方法
3.5.1 建模
3.5.2 优化
3.5.3 体积功率密度最大化的结论
3.6 参考文献
第4章 超导电机
4.1 引言
4.2 电工技术中的超导材料
4.2.1 超导特性
4.2.2 临界量
4.3 用于电机的超导材料
4.3.1 LTS超导体
4.3.2 HTS超导体
4.4 超导体的自励损耗
4.4.1 损耗原因与比恩模型
4.4.2 损耗评估
4.5 低温环境
4.5.1 低温时材料的机械特性
4.5.2 低温液体
4.5.3 低温获取
4.5.4 低温保持器
4.5.5 真空技术
4.6 超导电机
4.6.1 超导励磁同步电机
4.6.2 单极电动机
4.6.3 超导屏蔽电动机
4.6.4 隔磁电动机
4.6.5 磁滞电动机
4.6.6 冷磁体电动机
4.7 参考文献

原 书 前 言电机世界正处于不断发展之中，应用领域日新月异。 电机的传统供电方式是连接于恒定电压的电网，现如今几乎都是由静态终端变换器来供电，在电压平均值保持不变或变化很小的情况下，其电压都以极快的速度在变化。 在讨论包括控制系统的绝大多数情况下，可以明确地把电机作为机电转换链中的一个部件，而事实上对于每一类新的应用，电机也必须按此来检验。这种检验可以按照以下几个方面来进行：电机自身的功能，可以完成的运动，机电转换链中每个部件的必要安全性，体积的限制，重量的减少，可以达到的最高速和/或最高加速度。 为了满足越来越多的技术要求，电机的结构已经有所发展，这首先要感谢相关组成材料的进步，这包括磁性材料（铁粉、永磁体、超导体）和绝缘或导电材料（超导线材）。 计算工具、软件和材料等从另外一个方面促进了电机设计的进步，这里所指的工具可用于各种场的计算（磁场、电场、温度场、力和应力场等），还有三维模拟工具和优化工具。 如果需要更精确地考虑几何形态（包括齿谐波、机械故障），磁的非线性（磁饱和效应与磁滞效应），或电气特性（超导体的E（J） 定律），所采用的电机模型就必须不断改进，以往所取得的经验就显得十分重要而无可替代。 尽管如此，工具的进步和模型的细化使得我们能够完成大量的仿真工作，从而在样机设计和成品阶段取得显著的经济效益。 本书的目的是解决一个本身就很难定义的问题，这就是什么是特种电机。 特种电机的工作原理完全就是基于一个磁场与一个电流的相互作用（如同大多数电机一样），或者基于场对场的相互作用（例如磁发射器）。另一类电动机的运动起因于材料自身的变化（例如压电材料、形状材料、记忆材料和磁致伸缩材料）。这第二类特种电机已经比较普遍了，尤其是压电电动机，在电磁转换方面已经形成特定的系列，所以不在本书的讨论范围。 在电机范畴内，特种电机的定义可以有多种形式，这并不是最困难的。我们可以尝试从以下几个方面来定义： 电机自身的运行形式（旋转运行、直线运行、交替运动等）；要求的自由度（一个轴方向的旋转或运动，双轴方向的运动组合，多轴运动，球形运动等）；要求的速度（高速、低速）；安装的线圈数和磁场的分布；特 种 电 机原 书 前 言磁路的几何形状（即整个电机的结构：圆柱形、扁平形、中空形、锥形、凸极或隐极形、磁铁的位置、齿槽结构）；所使用的材料（永磁材料、超导材料、非铁磁材料等）；动态特性（机电响应时间、动态阻抗等）；电源传输的电压或电流波形（电压的波形与幅值、电流的品质等）。 对于任何特定的应用，上述几个方面可以结合起来考虑，以完成原型电机的设计。 本书各章的选题都是充分自主地讨论一种电机，这样作者所写的每一章都可以方便地独立阅读。本书开篇介绍电机中的电工材料，以及一些基本理论和计算方法，其后在第2~4章分析所研究的电机。 本书介绍以下类型的电机： 低速电机，驱动负载时可免去或简化使整个系统效率降低的机械齿轮。这种电机可以与液压系统直接竞争。液压系统虽然效果很好，但需要为压力下的液体流动提供坚固且厚重的通道，而且维护工作量大；直驱式高速电机，这种系统的旋转速度一般超过1万转每分钟。高速电机在一些重要领域大有可为，如高速机械加工，电气压缩或扩充，以及压实度和重量起主要作用的系统；超导励磁电机，可产生很强的磁场以实现无铁心电枢。超导体的第二个特性是，当超导体内部产生感应电流时，超导体既可作为一个磁屏，也可作为一个永磁体，利用这个特点可以在原型电机的设计上取得突破。 为满足特定需求或研究兴趣，人们每天都在研发一些电磁转换装置。本书如同一扇打开的窗户，展示了一些电机，它们将会不断地占有更多的市场。