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4年 第 期 总(第 1 1 期 )3 31月 日版 出年
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防 爆 机
电
稀 土磁 永 同发步电 机的 设 特点计罗
军
波守黄 道,
湖南 大 学 电 气与 信 工 程 学息 院 湖南 沙 (4长0 8 21) 摘
要
介
绍稀了土 水 磁 步同 电发机 的永 磁磁 路计设以及 电 磁 计设 上的些 特一点 简要 分 析
,
,了
水 磁 同 步 发 电 的机 压调 节 改善电 压 波电形 以 永 及磁 的体 最佳 工作 点 最和 大去磁 工 作 点 间之 的
关 系 得到 了
有 用 结论的
。
,
关键词
稀土 水磁
同步 发电 机
设计
L
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1
言引
与 传 统的 电 励磁同 步 发电 机 相 比永 磁步
,同,
电机的 设 计 论 计理算 方法 构结工 艺和控 制技 术
、
、
等
方面 有也 进了一步 的 展
2
发
。
发电 机特别 是稀 土 水 磁同步 发 电 机具 有结 构 简 单运 行可 靠 体积;小 质量 轻 ;损 耗小 率高效; 电
、、
子转永磁 体构结 计
设永 磁 同步 发电 的机定子 构结与电 励 磁 同步发
,
、
机 形的 和状 尺 寸可 以 灵活 样 多等 显 优著点 因 而 应 范 用围 极 广 为泛 乎 遍几及 航 空航 天 国防工
,、
、,
机 的定子 电结 相构 同 子转的 磁 路 结构可 根 据
需选要择不 同 结 的 型构式 通 按 常永磁 体 磁化 方向
和转 子 转 方 向旋的 相 互 系 分关为 向式切径
向,、
,
农业 生产和 常日 生活的 各 领 个
,
。
域0
世纪 2 9 年
0
代, 以 来随 着 永磁 料材 性 的不 能提 高和断完 特 善 别钱 是 铁 硼 永 的热磁 定 性和 稳耐 腐蚀 性 的改 和善
格 价 的逐步 降 低 以
及 电力 电 子器 的 进件 一步 发
展 稀土永 同磁 步发 电 在机 国 防 工 农 生业产 和
日,
、
式混 式 合 和 向轴 四 式
) 图种
,2
、
。
在 际 实的 应用中 常 以
1
,
切 磁向化 结 和 径构向 磁 化结 构 居多 (
,
图
和
径 式向 子转磁路 结 构 中 磁 永体磁化 方向与
气 ,隙 磁通 轴线 一 致且 离气 隙较 近 漏 磁 系数 较切
常
生 活 等方 面 获 得 越了来 越 广 泛 应 用的,
。
近年
、
向结
构小 径 磁向 化结 构 的中 土稀永 磁体 工 于 作串状联态只 有 一 块 永 体磁 的面 积 供提发 机 每
电,
稀来土 永磁同 步 发电 的 机发展 进人了一 个 的新阶
一段 面 方 正向 大 功率 高 化转 高速转 高
矩功能 化和微型 化 方向 发 展 ; 另一方 面 永 磁 同步 发 ,
,,
、
、
极
隙气 磁 因 通此气 磁 密隙 相对较 低; 切 式转向
子,
磁
结路构中 永 磁 体 的磁 化方 与 气向隙 磁 通 轴线
,
稿收日 期
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年7生 毕 于业湖南 大 学电 气 与信 息 工 程 学 院 电机 专 硕业士 研 究 生 从 事现 特 电机种的 科研 设计 与 控制
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叉 4年第I 期 (总第 11 ) 期1年 3月3日 出版
近接 垂 直 且 离气 较 远 其漏隙磁 比径 向 式 构结要
在大 切 向 磁 化 构结中 永 磁 体 呈 联 并状态 由 两 ,
,,
工
业生产 同对 步 发电机 电 的 压 波形 正的 性弦
有
严 格的要 求实 电 压际 波形 与 正弦 形波之 间 的偏 用 差电 压波形 弦 畸正变率 来 表
示 性弦畸 变 率 为
_:
。
块稀 土, 永 磁提体供 电 机发的 每 极磁 通 提可高
气隙 磁密 其在 尤 数 多极 情况的下 更为 突 出,
电 , 波压 形正
。
以
一
诬
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中式 一 线 电认 中
压u
,
、
次谐波
的 有 效 (值 V
);
;,
) 一 线压电 的 基 波有 值效(V
电 。压 波 形中 无 偶次 谐 且 波 次各 谐波 次 越数
高值 越小
幅
, 线对 压 而 电 言无5
,
3谐波分次
量,
,
因
此 响影波形 的 主 为要,
次和
,
7次波 谐过适
通
5
、
的 选当 绕择组槽 节 可距 以 有效 削 的
弱钢
2
磁.
7
次谐
磁扼
1
图
.
3圈
紧4
.
导非体磁
波
组
。
为
了消除 谐齿 的波影 响改 波善 形子定 铁心
、,
切
向转 子 结 构
可以采 用斜 槽 半 闭 口 槽结 构绕 采组用 分数 槽 绕 。
,
了为 减 少 压电波 形 正 性弦畸 变 除率 采用 分 布 绕组 短 距 绕组 和 斜 槽等 施 外 措 应 还 善气 隙改磁 场 形
波、、
,
,
。
气隙 磁
场波 形
与 隙 气的 状形 极 系
。
弧、
数有无 软极 靴 和 磁 稳处理 方 法等 有
关,
微型 和
小 功率的永 磁同 步 电 机发 对如电压 波 形 要求不 高
通 时 常用 均 匀 采隙 当 气发 电 容 机量较 大或 对
压电波 要 形求 格 时 需 严极 将靴加工 不 均匀气 隙并
1
,
.,
磁钢
图2
2
.
磁
扼
3
.
圈紧
,
选
用合 的 适 弧极系数 形 尽能 接 可正 近
3 2弦.
a
。
从, 而 气 隙磁 使 场 分波
布
。径 向 转子结
构
稀 永磁 土 料材的 抗 拉强 度 很 低 如果 转 结子
电
压 调
节
构 无上防 护 措施当 发 电机 子 直 转 径较大 或 高 速运
转 时 转子 表面 承所 的受离 心 将力使 永磁 体 出 现 损 坏所 以 一 般 在高速 运 的转同 步 电发机 转 子
外 表面加一 个 套 环通过套 环把 永磁 和体软 铁 极
,, ,
,
对相 于励 磁 同 步电 发电 机 来说 永 磁 发 机电
消取了 集 电 环 和 电刷实 现 了无 刷 化
,
,
,
。但 由于
稀
,
土永 磁体 的 高矫 顽 使力 永 得磁 发 电机 磁的 难
以调场节 同 时 永磁 材 料 的 温 度 系数较 大发 当
,
,电
靴
都 固 在定相 的 位应置
,,
一 。地 在 满 般 足 速 时高,
,
机
的 负载或转速 变 化 时 引 输 起 出 电 压的变化 影负响 的载正 工 常作,
,
。
转子能
安 全可 靠运 的行条 件下 套环 壁厚应 可能 薄
这 样 减可少 漏 磁 应相 的 减 永少磁 磁 的钢 用任〕
此 永 磁 因同 步发 电 机压电
:,
的
调成 为节 制约 永 同 步 磁 电发 机发展的一 个 瓶颈
鳌。)奎
问 下题 介面 绍 种 比几 较 用 常的 压方 法调,
考虑 到
容 量较 大 的永磁 同步 发机 的 电体整装 配比
困较 难 以可 将发 机电的 永磁 体沿轴 向 分 为 几 段 每
段 为 一 个磁 盘 配装 时再将 有所的 磁盘
,,
,
) l ( 联串 容调电 串压 联 电 的容压方调法是 在
,
发机电 的 出输 串联端 电容 器 依 靠 容抗 龙 补 偿发
电机 同 电步伉 戈的作 来 用达到调 压 目的的,
。
组 装, 在 轴 转即上可
。
(2) 利 用 力电电 变换子器 调 压 这 种 方 法是
依
33.
电磁 设 计
点特
靠1 电发 机输 端 出 电 力 电的子 变 器及 其控换 制 统
系 来调节电 压 比 常 较用 的交 直是一
,
一
直
一
交
案方 交
,
改-善 电 波压
形 交方 是案 将磁永发 电 机 输的 电 出 通压 过 流整
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防 爆 电机
整器流 成 直 流 再 通过逆 变器 直将流 变 成 所 的 电压需
,由
图3 可 以出看
、。
=
:
。
利 电 力 电 用 变换子 调 压 的器 方法 技 复术,
,
, 、。
,
,
=杂 而 相对且 永干磁 电机 来说 用 变逆器和 整 器
来流 压调 也 不是 算 合 但 是的 在航 航空天 上 于由对 电发机 的 出 电输压 频和率 有 严 格的要 求 用 电力 电 子变换 器可以 到达恒频 压恒的 目的
,
,合
“,
厂
,
而
” =。
‘
A
C
=。中=
丽
可
故,
号
电
。
用 标 么 值表 示 则 具 有 最 时大 有效 磁能 的 永
(3
复 励 合 永 磁 同磁步 发 电机 近 几 年 来 很
,)
磁最 佳 工 作体 点 的标么值 b
=
多 研的 单 位 提 究 了出一 种 的解新决 永 磁 步同 电
发粤
2
。
,机 电 压调的 的节 方 法
机
—。 复合 励 磁永磁 同步 发 电机 采 稀用土 磁 永体和,
,复 合
励磁永 磁步 发同 电
式中
一
永 磁同 发 电 步 机的负载 漏 磁系数 此 可知由为 求了永磁 体的得 佳最利用必须
正,
,
,
,
。
励电磁绕组 组合 励 磁发电 气 机磁 场 隙 主 的要
部选确择永 磁 体 寸 尺磁外 结 构和路 尺寸之间 的配
分合稀由土 永磁体 建 立 电 而 压调 所 节 需的磁 变场化部 由辅分助的 电 励磁 绕 组 来实 现
,
,
。
种 这发 机电
关
系以
熊
瓤的 作工
点“
。
恰好
位于
,
号 撇
・
,
具有 既永 磁 同步发 机电 的 特点 而 很 方且便 的解 决 了 永 磁发 机电的 电压 调 节问 题 它具 有以 下 优占
.以上
析分 是 的理想 况情在 实 际 应 用 中 到受
其许他 多 素因的 制约 有时 就不 得 不 偏最离佳 工 作点 永 磁当 料 的材退 磁 曲线 具 有 拐点 时 首先要
,
,
¹实 现了无 刷化 结 简构单 ;,
进 行 最大 去 磁 作 点 (工 呱 鲡)的 核 校 使其高 于
,
,
º电 励磁 分部损 耗 小 有具永 磁发 电 机 效
高
,退 磁 曲 的线拐 点 (b
、
,
h
、
)并 留 有分充的 地 余
,以 ,
率的特 点
; 通» 过 节调电 励磁 绕 组部分 调来节 磁通 达
,
止永 防磁体 产 不 生 可退 磁
逆。
。
到 了压的调目的
3 3
4
论
结本文 对 磁永 步发同电机 的计设特 点行进 了简
, 水 磁体的 工 点
U j作 在没 计磁永电扫 为了 充 分卜利 永磁 用材料缩
‘
,
,
要 的述概得 到 了 一 些 用有的 结论 ,
,
。
在
设 计稀 土
小: 磁水 和体整个电 机 尺的寸 应该 力求 最用小 的 永 体磁体 积 在 气隙 中建 立具 有最 大磁 能磁的场 。
,
磁永同步 发电 机 时要 根据 所 计 的永 磁 发 电设 机的 要 求重点 考 和虑解 决以 下 的 个 几题
( 问1 电 机 的)调 以 压及 相关的 控 制 问题 ; 2 转 (子 构 结的 选 以取 及 电对动 势 波形 变畸
)
由
,
3可图知有 效 磁能正比 于 边形
四,
J
4
1了
双
’A , 的积面
,为
四边使
形月
召, A召
’ 口面 的积舀大 由 数 学 知 识可矢永 磁
是
。,
体
最 佳的 作点应工 舜K 的中点
是率的 影响 ;)
( 3 设计 理论 以及 分析 方 法 上 的改 进 得使
,所
设计的 土稀 永 同磁 步发 电 机具 有 少 最 的 尺寸 最
、
低价 格以 及 最佳 的 作工
。
点
参考 文献
仁l 唐 〕任
.远
现 代 永 磁 电
理机论 与 设
,计.
.
.
北 机械京 工
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稀.土 永 磁电机
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绍稀了土 水 磁 步同 电发机 的永 磁磁 路计设以及 电 磁 计设 上的些 特一点 简要 分 析
,
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水 磁 同 步 发 电 的机 压调 节 改善电 压 波电形 以 永 及磁 的体 最佳 工作 点 最和 大去磁 工 作 点 间之 的
关 系 得到 了
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。
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关键词
稀土 水磁
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方面 有也 进了一步 的 展
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发电 机特别 是稀 土 水 磁同步 发 电 机具 有结 构 简 单运 行可 靠 体积;小 质量 轻 ;损 耗小 率高效; 电
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设永 磁 同步 发电 的机定子 构结与电 励 磁 同步发
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机 形的 和状 尺 寸可 以 灵活 样 多等 显 优著点 因 而 应 范 用围 极 广 为泛 乎 遍几及 航 空航 天 国防工
,、
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机 的定子 电结 相构 同 子转的 磁 路 结构可 根 据
需选要择不 同 结 的 型构式 通 按 常永磁 体 磁化 方向
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代, 以 来随 着 永磁 料材 性 的不 能提 高和断完 特 善 别钱 是 铁 硼 永 的热磁 定 性和 稳耐 腐蚀 性 的改 和善
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,
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常
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。
近年
、
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构小 径 磁向 化结 构 的中 土稀永 磁体 工 于 作串状联态只 有 一 块 永 体磁 的面 积 供提发 机 每
电,
稀来土 永磁同 步 发电 的 机发展 进人了一 个 的新阶
一段 面 方 正向 大 功率 高 化转 高速转 高
矩功能 化和微型 化 方向 发 展 ; 另一方 面 永 磁 同步 发 ,
,,
、
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年7生 毕 于业湖南 大 学电 气 与信 息 工 程 学 院 电机 专 硕业士 研 究 生 从 事现 特 电机种的 科研 设计 与 控制
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近接 垂 直 且 离气 较 远 其漏隙磁 比径 向 式 构结要
在大 切 向 磁 化 构结中 永 磁 体 呈 联 并状态 由 两 ,
,,
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业生产 同对 步 发电机 电 的 压 波形 正的 性弦
有
严 格的要 求实 电 压际 波形 与 正弦 形波之 间 的偏 用 差电 压波形 弦 畸正变率 来 表
示 性弦畸 变 率 为
_:
。
块稀 土, 永 磁提体供 电 机发的 每 极磁 通 提可高
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、,
切
向转 子 结 构
可以采 用斜 槽 半 闭 口 槽结 构绕 采组用 分数 槽 绕 。
,
了为 减 少 压电波 形 正 性弦畸 变 除率 采用 分 布 绕组 短 距 绕组 和 斜 槽等 施 外 措 应 还 善气 隙改磁 场 形
波、、
,
,
。
气隙 磁
场波 形
与 隙 气的 状形 极 系
。
弧、
数有无 软极 靴 和 磁 稳处理 方 法等 有
关,
微型 和
小 功率的永 磁同 步 电 机发 对如电压 波 形 要求不 高
通 时 常用 均 匀 采隙 当 气发 电 容 机量较 大或 对
压电波 要 形求 格 时 需 严极 将靴加工 不 均匀气 隙并
1
,
.,
磁钢
图2
2
.
磁
扼
3
.
圈紧
,
选
用合 的 适 弧极系数 形 尽能 接 可正 近
3 2弦.
a
。
从, 而 气 隙磁 使 场 分波
布
。径 向 转子结
构
稀 永磁 土 料材的 抗 拉强 度 很 低 如果 转 结子
电
压 调
节
构 无上防 护 措施当 发 电机 子 直 转 径较大 或 高 速运
转 时 转子 表面 承所 的受离 心 将力使 永磁 体 出 现 损 坏所 以 一 般 在高速 运 的转同 步 电发机 转 子
外 表面加一 个 套 环通过套 环把 永磁 和体软 铁 极
,, ,
,
对相 于励 磁 同 步电 发电 机 来说 永 磁 发 机电
消取了 集 电 环 和 电刷实 现 了无 刷 化
,
,
,
。但 由于
稀
,
土永 磁体 的 高矫 顽 使力 永 得磁 发 电机 磁的 难
以调场节 同 时 永磁 材 料 的 温 度 系数较 大发 当
,
,电
靴
都 固 在定相 的 位应置
,,
一 。地 在 满 般 足 速 时高,
,
机
的 负载或转速 变 化 时 引 输 起 出 电 压的变化 影负响 的载正 工 常作,
,
。
转子能
安 全可 靠运 的行条 件下 套环 壁厚应 可能 薄
这 样 减可少 漏 磁 应相 的 减 永少磁 磁 的钢 用任〕
此 永 磁 因同 步发 电 机压电
:,
的
调成 为节 制约 永 同 步 磁 电发 机发展的一 个 瓶颈
鳌。)奎
问 下题 介面 绍 种 比几 较 用 常的 压方 法调,
考虑 到
容 量较 大 的永磁 同步 发机 的 电体整装 配比
困较 难 以可 将发 机电的 永磁 体沿轴 向 分 为 几 段 每
段 为 一 个磁 盘 配装 时再将 有所的 磁盘
,,
,
) l ( 联串 容调电 串压 联 电 的容压方调法是 在
,
发机电 的 出输 串联端 电容 器 依 靠 容抗 龙 补 偿发
电机 同 电步伉 戈的作 来 用达到调 压 目的的,
。
组 装, 在 轴 转即上可
。
(2) 利 用 力电电 变换子器 调 压 这 种 方 法是
依
33.
电磁 设 计
点特
靠1 电发 机输 端 出 电 力 电的子 变 器及 其控换 制 统
系 来调节电 压 比 常 较用 的交 直是一
,
一
直
一
交
案方 交
,
改-善 电 波压
形 交方 是案 将磁永发 电 机 输的 电 出 通压 过 流整
2( X乃
2( 〕
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4年 第l期 ( 总 1 第1期 ) 1年 月33 出日版
,
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)
防 爆 电机
整器流 成 直 流 再 通过逆 变器 直将流 变 成 所 的 电压需
,由
图3 可 以出看
、。
=
:
。
利 电 力 电 用 变换子 调 压 的器 方法 技 复术,
,
, 、。
,
,
=杂 而 相对且 永干磁 电机 来说 用 变逆器和 整 器
来流 压调 也 不是 算 合 但 是的 在航 航空天 上 于由对 电发机 的 出 电输压 频和率 有 严 格的要 求 用 电力 电 子变换 器可以 到达恒频 压恒的 目的
,
,合
“,
厂
,
而
” =。
‘
A
C
=。中=
丽
可
故,
号
电
。
用 标 么 值表 示 则 具 有 最 时大 有效 磁能 的 永
(3
复 励 合 永 磁 同磁步 发 电机 近 几 年 来 很
,)
磁最 佳 工 作体 点 的标么值 b
=
多 研的 单 位 提 究 了出一 种 的解新决 永 磁 步同 电
发粤
2
。
,机 电 压调的 的节 方 法
机
—。 复合 励 磁永磁 同步 发 电机 采 稀用土 磁 永体和,
,复 合
励磁永 磁步 发同 电
式中
一
永 磁同 发 电 步 机的负载 漏 磁系数 此 可知由为 求了永磁 体的得 佳最利用必须
正,
,
,
,
。
励电磁绕组 组合 励 磁发电 气 机磁 场 隙 主 的要
部选确择永 磁 体 寸 尺磁外 结 构和路 尺寸之间 的配
分合稀由土 永磁体 建 立 电 而 压调 所 节 需的磁 变场化部 由辅分助的 电 励磁 绕 组 来实 现
,
,
。
种 这发 机电
关
系以
熊
瓤的 作工
点“
。
恰好
位于
,
号 撇
・
,
具有 既永 磁 同步发 机电 的 特点 而 很 方且便 的解 决 了 永 磁发 机电的 电压 调 节问 题 它具 有以 下 优占
.以上
析分 是 的理想 况情在 实 际 应 用 中 到受
其许他 多 素因的 制约 有时 就不 得 不 偏最离佳 工 作点 永 磁当 料 的材退 磁 曲线 具 有 拐点 时 首先要
,
,
¹实 现了无 刷化 结 简构单 ;,
进 行 最大 去 磁 作 点 (工 呱 鲡)的 核 校 使其高 于
,
,
º电 励磁 分部损 耗 小 有具永 磁发 电 机 效
高
,退 磁 曲 的线拐 点 (b
、
,
h
、
)并 留 有分充的 地 余
,以 ,
率的特 点
; 通» 过 节调电 励磁 绕 组部分 调来节 磁通 达
,
止永 防磁体 产 不 生 可退 磁
逆。
。
到 了压的调目的
3 3
4
论
结本文 对 磁永 步发同电机 的计设特 点行进 了简
, 水 磁体的 工 点
U j作 在没 计磁永电扫 为了 充 分卜利 永磁 用材料缩
‘
,
,
要 的述概得 到 了 一 些 用有的 结论 ,
,
。
在
设 计稀 土
小: 磁水 和体整个电 机 尺的寸 应该 力求 最用小 的 永 体磁体 积 在 气隙 中建 立具 有最 大磁 能磁的场 。
,
磁永同步 发电 机 时要 根据 所 计 的永 磁 发 电设 机的 要 求重点 考 和虑解 决以 下 的 个 几题
( 问1 电 机 的)调 以 压及 相关的 控 制 问题 ; 2 转 (子 构 结的 选 以取 及 电对动 势 波形 变畸
)
由
,
3可图知有 效 磁能正比 于 边形
四,
J
4
1了
双
’A , 的积面
,为
四边使
形月
召, A召
’ 口面 的积舀大 由 数 学 知 识可矢永 磁
是
。,
体
最 佳的 作点应工 舜K 的中点
是率的 影响 ;)
( 3 设计 理论 以及 分析 方 法 上 的改 进 得使
,所
设计的 土稀 永 同磁 步发 电 机具 有 少 最 的 尺寸 最
、
低价 格以 及 最佳 的 作工
。
点
参考 文献
仁l 唐 〕任
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现 代 永 磁 电
理机论 与 设
,计.
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北 机械京 工
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