矢量磁路理論及應用初探

秦偉; 程明; 王政; 馬鉦洲; 朱灑; 顧珉睿; 朱新凱; 花為

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矢量磁路理論及應用初探

首發時間：2023-10-31

秦偉 ¹
秦偉（1994-），男，博士研究生，主要研究方向：磁路理論。
程明 ¹
程明（1960-），男，教授，博士生導師，IEEE Fellow。主要研究方向：微特電機及系統，伺服電機及控制，電動車驅動控制，新能源發電技術
王政 ¹ 馬鉦洲 ¹ 朱灑 ² 顧珉睿 ¹ 朱新凱 ³ 花為 ¹

1、東南大學電氣工程學院
2、河海大學能源與電氣學院
3、華北電力大學電力工程系

摘要：磁路理論是電機、變壓器等電磁設備的關鍵理論，為解決復雜電磁問題和優化電機等電磁設備性能提供了不可或缺的工具。本文首先追溯了磁路理論的發展歷程，介紹了前人為完善磁路理論所做的有益探索，剖析了它們的局限性和在實際應用中所面臨的挑戰。在此基礎上，本文首次從最基本的物理屬性出發定義了磁感和磁容，建立了包括磁阻、磁感和磁容三個核心磁路元件/參數的矢量磁路理論，系統完整地表征了磁路中磁阻、渦流和磁滯三個基本屬性，揭示了虛擬磁功率與電功率之間的內在聯系，提出了磁電功率定律，并與其他磁路理論、建模方法進行了比較和分析，總結了它們之間的聯系和區別。為了展示矢量磁路理論在科學與工程領域的價值，呈現了四個實際應用案例。最后，對矢量磁路理論的特點進行了總結，并對未來研究方向進行了展望。

關鍵詞：矢量磁路理論；磁路元件磁感磁容磁電功率定律電機設計損耗計算磁性材料

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Vector Magnetic Circuit Theory and Its Preliminary Applications

Qin Wei ¹
秦偉（1994-），男，博士研究生，主要研究方向：磁路理論。
Cheng Ming ¹
程明（1960-），男，教授，博士生導師，IEEE Fellow。主要研究方向：微特電機及系統，伺服電機及控制，電動車驅動控制，新能源發電技術
Wang Zheng ¹ MA Zhengzhou ¹ ZHU Sa ² GU Minrui ¹ Zhu Xinkai ³ Hua Wei ¹

1、School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096
2、Collegeof Energy and Electrical Engineering, Hohai University, Nanjing 211100
3、Department of Electric Power Engineering,North China Electric Power University

Abstract：The magnetic circuit theory stands as a pivotal theory for electromagnetic devices like electrical machines and transformers, furnishing indispensable tools for addressing intricate electromagnetic challenges and optimizing the performance of electromagnetic apparatus. In this paper, the historical development of magnetic circuit theory is first traced, providing insights into the valuable contributions made by earlier researchers towards refining magnetic circuit theories, including magnetic circuit parameters and their respective theoretical development. Additionally, their limitations and the challenges they encounter in practical applications are analyzed. On this basis, this paper pioneers the definition of magductance and magnetic-capacitance from the fundamental physical properties, establishes the vector magnetic circuit theory encompassing three core components (reluctance, magductance, and magnetic-capacitance), systematically and completely characterizes the three basic properties of reluctance, eddy current and hysteresis in the magnetic circuit, reveals the intrinsic connection between the virtual magnetic power and the electric power, and puts forward the magnetoelectric power law.And an exhaustive comparative analysis with other magnetic circuit theories or modeling methods is conducted to illustrate their interconnections and differences. In order to show the applicative value of the vector magnetic circuit theory in science and engineering, four practical application scenarios are presented. Finally, the unique features of the proposed vector magnetic circuit theory are highlighted and the future research directions are prospected.

Keywords： vector magnetic circuit theory, magnetic circuit component, magductance, magnetic-capacitance, magnetic circuit law, electrical machine design, power loss calculation

基金：

1. 國家自然科學基金原創探索計劃項目（52250065）

論文圖表：

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導出參考文獻

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秦偉，程明，王政，等. 矢量磁路理論及應用初探[EB/OL]. 北京：中國科技論文在線 [2023-10-31]. http://www.gulakh.com/releasepaper/content/202310-50.

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論文編號	202310-50
論文題目	矢量磁路理論及應用初探
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