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第1章 直流有刷电动机与直流无刷电动机简介1

1.1 直流电动机的工作原理与基本结构2

1.1.1 工作原理2

1.1.2 基本结构3

1.2 直流无刷电动机的基本组成环节与工作原理4

1.2.1 基本组成环节4

1.2.2 基本工作原理5

1.3 直流有刷电动机与直流无刷电动机的比较7

1.3.1 左手定则与转矩常数7

1.3.2 右手定则及反电动势常数9

1.3.3 换向与换相10

1.3.4 机械电刷与电子电刷的作用11

1.4 直流无刷电动机的位置传感器12

1.4.1 电磁感应式位置传感器12

1.4.2 光电式位置传感器13

1.4.3 磁敏式位置传感器14

1.4.4 光电编码器式位置传感器18

1.4.5 旋转变压器22

1.5 直流无刷电动机的运行特性和传递函数27

第2章 直流无刷电动机转子磁极的永磁材料基本特性及磁路计算32

2.1 有关磁的基本知识32

2.1.1 磁的基本现象32

2.1.2 磁场与磁感应强度33

2.1.3 磁通34

2.1.4 电流的磁效应34

2.1.5 磁场强度36

2.2 磁滞回线和起始磁化曲线与去磁曲线36

2.3 描述永磁材料特性的主要参数37

2.3.1 饱和磁场强度Hs38

2.3.2 剩余磁感应强度Br和矫顽力Hc38

2.3.3 磁导率和回复直线39

2.3.4 磁能积（BH）和最大磁能积（BH）max41

2.3.5 凸度系数γ41

2.4 等磁能积曲线42

2.5 几种常用永磁材料的特性及磁路结构43

2.5.1 铝镍钴合金永磁材料43

2.5.2 铁氧体永磁材料44

2.5.3 稀土永磁材料46

2.6 去磁现象及其防止措施48

2.6.1 转子磁极磁性能调试中的去磁调整48

2.6.2 故障性去磁现象及其防止措施49

2.7 磁路及其基本定律50

2.7.1 磁路的基本概念50

2.7.2 磁路欧姆定律52

2.7.3 磁路中的基尔霍夫定律52

2.7.4 永磁磁路的等效磁路图53

2.8 磁路计算55

2.8.1 简单的磁路计算55

2.8.2 简单磁路工作点的求法57

2.8.3 带导磁体的永磁磁路的计算法59

2.8.4 气隙磁导62

第3章 直流无刷电动机绕组的结构和连接64

3.1 直流无刷电动机磁场的简化65

3.1.1 直流无刷电动机的磁路65

3.1.2 电动机磁路的铁心磁滞损耗和涡流损耗65

3.1.3 直流无刷电动机磁场的简化66

3.2 定子绕组的构成原则、分类和相关基本知识68

3.3 单层绕组69

3.3.1 单层集中绕组与分布绕组70

3.3.2 单层绕组的连接方式75

3.4 双层绕组78

3.4.1 双层绕组的特点与节距的选择78

3.4.2 双层绕组的连接80

3.4.3 单双层绕组83

3.5 分数槽绕组84

第4章 直流无刷电动机本体的设计89

4.1 概述89

4.1.1 额定值89

4.1.2 技术要求90

4.2 设计步骤92

4.2.1 单个电动机设计的基本步骤92

4.2.2 系列产品的设计步骤92

4.3 主要尺寸与电磁负荷的关系93

4.3.1 电磁负荷93

4.3.2 主要尺寸与电磁负荷的关系94

4.4 主要尺寸的选择96

4.4.1 定子铁心内径Da的选择96

4.4.2 电磁负荷的选择97

4.4.3 转子磁铁计算长度La的确定99

4.4.4 转子长度与直径的比值λ100

4.5 极数的选择101

4.6 定子绕组导线截面的选择102

第5章 PWM技术及电力半导体器件105

5.1 脉冲宽度调制（PWM）技术105

5.1.1 PWM技术原理105

5.1.2 正弦波脉宽调制（SPWM）106

5.2 功率半导体器件109

5.2.1 大功率晶体管110

5.2.2 功率场效应晶体管111

5.2.3 绝缘门极晶体管113

5.2.4 GTR、P-MOSFET和IGBT的特性比较117

5.2.5 智能功率模块119

第6章 直流无刷电动机的电子换相器121

6.1 三相绕组直流无刷电动机主回路的基本类型121

6.1.1 何谓电子换相器121

6.1.2 三相半控电路122

6.1.3 三相丫联结全控电路123

6.1.4 三相△联结全控电路126

6.2 多相电动机换相举例128

6.2.1 二三通电方式129

6.2.2 五五通电方式129

6.2.3 五四通电方式130

第7章 直流无刷电动机的矢量控制与无传感器控制133

7.1 方波电流驱动和正弦波电流驱动133

7.2 正弦波电流驱动的三相永磁同步电动机数学模型134

7.2.1 坐标变换或矢量变换135

7.2.2 定子电压方程136

7.2.3 转矩方程137

7.2.4 运动方程139

7.3 PMSM矢量变换控制139

7.3.1 矢量控制原理139

7.3.2 PMSM矢量控制的稳态分析140

7.3.3 PMSM矢量控制的动态分析142

7.4 方波电流驱动的直流无刷电动机数学模型及其矢量控制144

7.4.1 定子电压方程144

7.4.2 转矩方程145

7.4.3 状态方程和等效电路146

7.4.4 方波电流驱动的直流无刷电动机矢量控制146

7.5 直流无刷电动机矢量控制系统简介147

7.5.1 正弦电流型PMSM矢量控制系统147

7.5.2 方波电流型直流无刷电动机矢量控制系统148

7.6 直流无刷电动机的无位置传感器控制149

7.6.1 反电动势的模拟测试法150

7.6.2 反电动势的数字测试方法153

第8章 直流无刷电动机的应用157

8.1 引言157

8.2 在肿瘤放射治疗中的应用159

8.2.1 适形调强放射治疗159

8.2.2 MLC（多叶电动光栅）动态调强叶片的运动模型160

8.2.3 动态叶片调强的运动控制策略162

8.2.4 MLC叶片的驱动技术165

8.3 在数控机床上的应用167

8.3.1 数控机床对伺服系统的要求167

8.3.2 增量型光电编码器169

8.3.3 直流无刷电动机磁极位置的检出172

8.3.4 直流无刷电动机伺服系统工作原理172

8.3.5 直流无刷电动机的矢量控制174

8.3.6 关于直流无刷电动机的初始定向问题176

8.4 在机器人驱动中的应用177

8.4.1 非伺服机器人与伺服控制机器人177

8.4.2 对机器人控制与驱动的基本要求179

8.4.3 机器人驱动技术180

8.5 在家用电器中的应用185

8.5.1 直流无刷电动机在空调器中的应用186

8.5.2 直流无刷电动机在电冰箱上的应用187

8.5.3 直流无刷电动机在洗衣机中的应用187

8.5.4 直流无刷电动机在吸尘器中的应用189

8.5.5 直流无刷电动机在其他设备中的应用189

附录 有关磁性材料磁特性表190

参考文献195