特种电机

本书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。

Abderrezak REZZOUG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。
他的整个职业生涯是在法国南希的GREEN(Groupe de Recherche en électrotechnique et électronique de Nancy)实验室度过的，并且做了10年的实验室主任。
在40年的职业生涯中，Abderrezak REZZOUG教授一直为工程师和教师教授电气工程和科学等相关学科，目前，他已经是法国洛林大学的名誉教授。他在超导电机、建模、诊断和电机控制等很多领域都进行了大量的研究工作。他已经成功知道了大约30名博士顺利完成答辩。他在法国洛林大学建立了一个“超导电子工程研究”的团队。该团队在工业超导体特性及其在电机，电网以及储能等方面的应用这一领域全球知名。这也是该领域法国高校最大的科研团队。
他已经发表了大约170篇期刊和会议文章，出版了2本著作，并且拥有一个专利。
Mohammed El Hadi ZAM，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
1.1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

　　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**速和/或**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*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。