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| 編輯推薦： |
这本专著是井立兵教授自博士开始一直深耕的一个重要领域，也是井教授最重要的贡献之一。该书是“先进电机系统及控制关键技术·自主创新丛书”中的一本。
丛书围绕强化国家战略科技力量、加快实现高水平科技自立自强的核心目标，我国正驱动高端装备制造及新型工业体系升级迈向更高水平。作为能量转换与精密驱动的核心载体及关键技术支撑，电机系统堪称现代工业、交通、能源、国防等战略性领域发展的“动力心脏”，更是高端装备制造业实现自主可控的重要基石。
“先进电机系统及控制关键技术·自主创新丛书”系统总结了我国在先进电机系统及控制领域的新理论、新技术、新实践等自主创新成果，体现我国科学家和企业在该领域取得的理论突破和创造性工程成果，以推动科技创新与产业升级深度融合。
丛书所涵盖的关键前沿技术已广泛渗透至高端芯片制造、高档数控机床、风力发电、航空推进、工业机器人、电动汽车、船舶动力、高铁牵引、石油天然气等领域，这些领域不仅是国民经济的基础性产业，更是保障国家工业体系完整、夯实产业安全根基的战略性关键领域。
丛书是在电机系统与控制领域国际著名专家诸自强院士、国内领军人物华中科技大学曲荣海教授等带领下，紧跟我国科
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| 內容簡介： |
本书从磁场解析与本体设计两个核心维度，对磁齿轮技术进行了系统研究和深入探索，成功构建了一套完整的磁齿轮磁场解析与设计理论体系。
针对磁齿轮技术发展中的关键瓶颈和难题，本书在磁场调制机理、高效磁场解析方法、拓扑结构优化、电磁性能提升及损耗抑制等方面取得了一系列原创性成果。书中建立了精确的磁场解析模型，提出了多种新型磁齿轮结构，并构建了面向实际工况的电磁性能优化策略，为磁齿轮技术的发展提供了重要的理论支撑和工程实践指导。
本书可供高等院校电气工程、机械工程、自动化等专业的教师和学生，以及电磁能量转换技术、机械设计等相关领域的科研技术人员参考。
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| 關於作者： |
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井立兵，三峡大学教授，博/硕士生导师。曾获2020年度中国电工技术学会科学技术发明一等奖1项，2次获得IEEE国际会议最佳论文奖；入选2024年度全球前2％顶尖科学家榜单，现为三峡大学电动汽车能源互联关键技术团队负责人。主持国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、中国博士后科学基金、省重点实验室开放基金等10项；以第一/通讯作者发表高水平学术论文105篇，其中被SCI/EI收录85篇，ESI高被引3篇，ESI热点2篇。申请发明专利18项。目前担任：中国电工技术学会磁场调制电机专委会委员；SCI期刊Journal of Electrical Engineering & Technology副主编；SCI期刊Journal of Power Electronics副主编；EI期刊CES Transactions on Electrical Machines and Systems的Associate Editor；《磁性材料及器件》青年编委；《机械传动》青年编委；《CES TEMS》青年编委；中国电力科学研究院有限公司期刊中心专家团团员；国家自然科学基金通讯评审员；教育部学位中心学位论文评审员；多个国际/国内会议分会场主席。
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| 目錄：
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丛书序
前言
第1章绪论
1.1机械齿轮装置
1.2磁齿轮装置发展概述
1.2.1早期磁齿轮
1.2.2同心式磁齿轮
1.2.3偏心式磁齿轮
1.2.4磁齿轮的应用
1.3磁齿轮的工作原理
1.3.1磁齿轮的基本结构
1.3.2磁场调制原理
1.3.3运行方式及传动关系
1.4本章小结
参考文献
第2章同心式磁齿轮磁场解析
2.1电磁场计算方法
2.2电磁场解析计算基本理论
2.2.1麦克斯韦电磁方程组和位函数
2.2.2磁场边界条件
2.2.3分离变量法与傅里叶级数
2.3同心式磁齿轮数学模型
2.3.1磁齿轮分析模型与假设
2.3.2磁场数学模型建立
2.3.3槽区域矢量磁位数学模型
2.3.4气隙区域矢量磁位数学模型
2.3.5永磁体区域矢量磁位数学模型
2.3.6电磁转矩计算
2.4有限元仿真计算
2.5本章小结
参考文献
第3章Halbach阵列充磁磁齿轮磁场分析
3.1Halbach阵列结构及应用研究
3.2Halbach阵列充磁解析模型
3.3子区域磁场数学模型建立
3.3.1Halbach阵列永磁体区域矢量磁位数学模型
3.3.2各区域边界条件
3.3.3电磁转矩计算
3.4磁场解析计算与有限元对比分析
3.5本章小结
参考文献
第4章偏心式磁齿轮磁场解析
4.1偏心式谐波磁齿轮工作原理
4.1.1转子偏心结构设计
4.1.2磁场调制与传动关系
4.1.3偏心式谐波磁齿轮电磁转矩分析
4.1.4偏心式谐波磁齿轮有限元分析
4.2偏心式磁齿轮的磁场解析模型
4.2.1解析模型
4.2.2偏微分方程和边界条件
4.2.3气隙磁通密度表达式
4.2.4复合气隙磁通密度
4.2.5不平衡磁拉力和电磁转矩
4.3磁场解析计算与有限元法对比
4.3.1气隙磁通密度和谐波分析
4.3.2转矩和不平衡磁拉力
4.4本章小结
参考文献
第5章磁齿轮新型拓扑结构设计与优化
5.1Halbach阵列磁齿轮拓扑
5.1.1Halbach阵列模型
5.1.2正弦充磁模型
5.1.3扇形结构
5.1.4正弦磁化结构
5.1.5不均匀Halbach阵列结构
5.2Spoke结构磁齿轮拓扑
5.2.1Spoke结构模型
5.2.2Halbach阵列与Spoke结构的磁齿轮
5.2.3双层永磁体与Spoke结构磁齿轮
5.3高温超导型磁齿轮拓扑
5.3.1Halbach阵列设计
5.3.2双磁通磁场调制磁齿轮
5.3.3不均匀Halbach阵列设计
5.4其他同心式磁齿轮拓扑
5.4.1带有金属薄片设计
5.4.2转子铜棒嵌入
5.4.3混合励磁技术
5.5偏心式磁齿轮拓扑结构
5.5.1Halbach阵列偏心式谐波磁齿轮
5.5.2面包型不均匀分块偏心式谐波磁齿轮
5.5.3扇形永磁体结构的偏心式磁齿轮
5.6同心式磁齿轮多目标优化设计
5.6.1多目标优化的基本概念
5.6.2多目标优化流程设计
5.6.3综合灵敏度分析
5.6.4多目标遗传算法优化结果
5.6.5电磁性能分析
5.7本章小结
参考文献
第6章磁齿轮发展总结与未来展望
6.1磁齿轮历史发展历程
6.2磁齿轮研究现状
6.3磁齿轮未来的研究方向
6.4磁齿轮的应用前景
参考文献
附录
附录A
附录B
附录C
附录D
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| 內容試閱：
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磁齿轮作为一种新型的非接触式传动装置，凭借低噪声、高稳定性、免维护、无机械磨损等优势，在低速大转矩应用领域展现出巨大的潜力。相较于传统机械齿轮，磁齿轮无需润滑，避免了机械磨损带来的性能衰减和维护成本，大幅提升了系统的可靠性和使用寿命。因此，在电动汽车、风力发电、工业自动化、航空航天等领域，磁齿轮受到越来越多的关注，并展现出广阔的应用前景。
然而，磁齿轮的设计与优化仍然面临诸多挑战，其性能受到多个因素的影响，如磁材料的选择、结构拓扑优化、磁场分布、气隙长度等。目前，有限元方法仍然是研究磁齿轮电磁特性的重要工具，能够精确计算磁场分布和电磁转矩。然而，该方法在计算过程中通常需要复杂的网格剖分，计算量大、耗时较长，难以满足工程实践中对高效计算和优化设计的需求。尤其是在多目标优化和参数迭代设计过程中，有限元计算的低效性已成为磁齿轮广泛应用的一大瓶颈。因此，开发更加高效、简洁的解析计算方法成为当前研究的重要方向之一。
本书结合最新的研究进展和课题组多年的研究经验，系统地介绍了一种基于全局解析法的磁齿轮计算方法。该方法通过建立精确的子域数学模型，直接求解磁场分布和转矩特性，不仅能够显著提高计算效率，还能为磁齿轮的优化设计提供直观的物理规律和理论支持，帮助设计者更好地理解磁场分布与结构参数之间的关系。本书内容涵盖磁齿轮的基本工作原理、磁场解析计算方法、拓扑结构优化设计、损耗分析与抑制方法等多个方面，深入探讨磁齿轮在不同应用场景中的设计思路和优化策略。
全书共分为6章：第1章为绪论，介绍磁齿轮的发展历程、工作原理及其在不同领域的应用前景。第2章详细阐述同心式磁齿轮的磁场解析方法，建立了基于全局解析法的子域数学模型，并通过对比有限元分析验证了其准确性。第3章重点介绍Halbach阵列的结构特点及其在磁齿轮中的应用，建立相应的磁场解析模型。第4章探讨偏心式磁齿轮的工作原理及其磁场解析方法。第5章介绍多种磁齿轮新型拓扑结构及优化方法，并分析其在提升电磁性能方面的潜力。第6章总结磁齿轮技术的发展现状，并展望未来的研究方向和应用前景。
本书的研究工作得到了国家自然科学基金的资助(项目编号51707072、52477056)，在此对基金的支持表示衷心的感谢。国家自然科学基金的资助为本研究工作提供了必要的资源和研究条件，使我们能够深入探索磁齿轮的工作机理、优化设计方法及其工程应用。同时，也要感谢所有参与本研究的团队成员，他们的智慧与努力推动了磁齿轮全局解析计算方法的深入发展。此外，本书的出版得到了机械工业出版社的大力支持，以及各位同行专家提供的宝贵意见和建议，在此表示诚挚的感谢。
由于作者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，恳请广大读者批评指正，以促进磁齿轮技术的进一步发展。
井立兵2025年11月
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