本书面向现代工业对高性能电机的需求，以机电耦合与多物理场耦合分析为核心，构建从理论到工程的完整技术体系。全书共8章，第1～4章主要介绍电机理论、关键参数及Ansys建模与仿真基础；第5、6章介绍瞬态电磁场分析及气隙偏心、绕组短路等典型故障仿真；第7、8章深入部件级机电耦合与机电磁热多场耦合机理，为电机优化和故障诊断提供支撑。本书既包含麦克斯韦方程组等核心理论，也提供Ansys Maxwell、Workbench的详细实操步骤，案例均来自工程实际，并融入最新研究成果，兼具理论性与实用性。
本书是高等院校电气工程、机械工程等专业师生的教材，也适合作为电机设计、电力电子、工业自动化等领域技术人员的参考书，助力高性能电机技术创新与产业应用。

第1章 绪论
1.1 电机发展的背景与意义
1.1.1 电机的发展历程
1.1.2 现代工业发展的需求
1.1.3 现有电机分析方法的局限性
1.2 高性能电机的多物理场耦合
1.2.1 高性能电机的性能分析
1.2.2 多物理场耦合分析
1.2.3 多物理场耦合建模与仿真难点
1.3 国内外研究现状
1.3.1 电机正常工况研究现状
1.3.2 电机单一故障研究现状
1.3.3 电机复合故障研究现状
1.4 本书主要内容
1.4.1 高性能电机理论基础与建模基础
1.4.2 电机瞬态电磁场分析与故障仿真
1.4.3 机电耦合与多物理场耦合分析
第2章 高性能电机基本理论
2.1 高性能电机定义
2.2 高性能电机分类
2.3 高性能电机能量转换过程
2.3.1 基本概念与简写
2.3.2 常用的电磁定律
2.3.3 机电能量转换核心——麦克斯韦方程组
2.3.4 磁拉力与电磁力公式
2.4 高性能电机电磁关键参数解析
2.4.1 电机类型及参数
2.4.2 定子铁芯相关参数
2.4.3 转子铁芯相关参数
2.4.4 定子绕组相关参数
2.4.5 转子绕组相关参数
第3章 模型建立与导入
3.1 Ansys Electronics界面
3.1.1 项目新建及保存
3.1.2 Maxwell基本运行界面
3.1.3 项目列表常用操作
3.1.4 Maxwell电机仿真的一般流程
3.2 二维建模
3.2.1 绘制按钮
3.2.2 编辑按钮
3.2.3 显示设置
3.2.4 模型绘制案例
3.3 CAD二维模型导入
3.3.1 CAD二维模型导入条件
3.3.2 案例——在Maxwell中导入2D几何模型
3.4 三维模型导入
3.4.1 三维模型导入条件
3.4.2 案例——在Maxwell中导入3D几何模型
第4章 RMxprt参数化建模分析
4.1 电机总体参数设置
4.2 定转子铁芯及绕组参数
4.3 分析设置参数
4.4 Maxwell模型生成与运算
4.4.1 Maxwell二维模型生成
4.4.2 Maxwell模型运算
4.4.3 结果查看
第5章 二维瞬态电磁分析
5.1 瞬态电磁分析设计求解
5.1.1 绕组添加与线圈匹配
5.1.2 编辑外部耦合电路
5.1.3 设置求解步
5.1.4 校验与求解
5.2 二维瞬态后处理与结果查看
5.2.1 电场数据查看
5.2.2 磁场数据查看
5.2.3 频谱数据分析
5.2.4 动图生成存储
5.2.5 数据导出处理
5.3 二维瞬态电磁场分析机械类故障模拟
5.3.1 气隙径向静偏心模拟
5.3.2 气隙径向动偏心模拟
5.3.3 动静混合偏心模拟
5.4 二维瞬态电磁场分析励磁绕组故障模拟
5.4.1 物理模型修改设置
5.4.2 耦合外电路设置
5.4.3 关键参数分析结果
5.5 二维瞬态磁热固耦合分析
5.5.1 分析流程
5.5.2 磁热耦合分析
5.5.3 磁固耦合分析
5.5.4 磁热固耦合分析
第6章 三维瞬态磁场分析
6.1 正常运行的电机三维瞬态电磁场分析
6.1.1 全模型生成设置
6.1.2 绕组及励磁设置
6.1.3 结果查看分析
6.2 电机三维瞬态电磁场分析故障模拟
6.2.1 气隙偏心故障模拟
6.2.2 绕组匝间短路故障模拟仿真设置
6.2.3 三维机电耦合分析
第7章 部件机电耦合分析
7.1 机电耦合分析过程
7.2 转子部件的机电耦合分析
7.2.1 气隙偏心下转子铁芯的机电耦合分析
7.2.2 匝间短路下转子铁芯的机电耦合分析
7.2.3 复合故障下转子铁芯的机电耦合分析
7.3 定子部件的机电耦合分析
7.3.1 气隙偏心下定子铁芯的机电耦合分析
7.3.2 匝间短路下定子铁芯的机电耦合分析
7.3.3 复合故障下定子铁芯的机电耦合分析
7.4 绕组部件的机电耦合分析
7.4.1 气隙偏心下绕组的机电耦合分析
7.4.2 匝间短路下绕组的机电耦合分析
7.4.3 复合故障下绕组的机电耦合分析
第8章 部件机电磁热耦合分析
8.1 基于电磁的损耗计算
8.1.1 定转子铁芯损耗
8.1.2 绕组铜耗
8.1.3 其他损耗
8.2 温升计算理论
8.3 磁热耦合分析过程
8.4 典型故障下的磁热耦合分析
8.4.1 短路故障下的磁热耦合分析
8.4.2 偏心故障下的磁热耦合分析
8.5 典型故障下的磁热固耦合计算
8.5.1 短路故障下的磁热固耦合分析
8.5.2 偏心故障下的磁热固耦合分析
参考文献

电机作为现代工业体系的核心动力部件，其技术演进深度影响着高端装备的性能边界、能源利用效率与运行可靠性。从19 世纪的法拉第单极电动机雏形，到如今广泛应用于新能源汽车、航空航天、精密制造等领域的智能化电机系统，电机技术的发展始终与物理学突破、材料革新及制造工艺升级紧密相连。在全球碳中和与产业升级的双重驱动下，高性能电机已从单纯的能量转换装置，演变为集成电磁设计、热管理、机械动力学与智能控制的复杂系统，人们对其性能的要求也从单一效率指标拓展为高功率密度、高动态响应、低噪声振动、优异环境适应性等多维度综合需求。
然而，高性能电机的设计与优化面临严峻挑战。电机运行的本质是电磁场、温度场、结构场等多物理场相互耦合的复杂过程，传统单一的物理场分析方法难以精准捕捉其内在规律;同时，气隙偏心、绕组短路等故障的发生，进一步加剧了电机系统的非线性特性，给性能预测与故障诊断带来巨大困难。现有分析方法中，等效电路法简化过度、有限元法计算成本高昂、实验测试难以观测内部物理过程，这些局限性制约了电机技术向更高性能、更高可靠性方向突破。因此，建立系统的多物理场耦合分析体系，深入揭示电机正常工况与故障状态下的机电耦合机理，成为推动电机技术创新的关键课题。
本书立足国家高端装备制造与能源转型战略需求，以服务机械、电气领域高素质人才培养为使命，面向现代工业对高性能电机的迫切需求，以机电耦合与多物理场耦合分析为核心，构建了从理论基础到工程实践的完整技术体系。全书共8章，逻辑上分为三个部分：第一部分(第1~4章)系统阐述本书的研究背景以及高性能电机的基本理论、关键参数与建模方法，涵盖Maxwell 软件操作、二维/三维模型建立与导入、RMxprt 参数化建模等基础内容，为后续分析奠定理论与技术基础;第二部分(第5、6章)聚焦电机瞬态电磁场分析与故障仿真，详细介绍二维/三维瞬态求解设置、后处理方法，以及气隙偏心、绕组短路等典型故障的模拟技术;第三部分(第7、8章)深入探讨部件级机电耦合与机电磁热多物理场耦合机理，针对转子、定子、绕组等核心部件，系统分析正常与故障工况下的耦合特性，为电机设计优化与故障诊断提供科学依据。
书中重点阐述了麦克斯韦方程组、电磁力公式等核心理论，又详细给出Ansys Maxwell、Workbench 软件的操作步骤、模型参数设置、仿真结果分析等实操内容，所有案例均源于工程实际与科研实践，具有较强的指导性与可重复性。同时，书中融入了国内外最新研究成果，涵盖复合故障模拟、多物理场强耦合分析等前沿内容，反映了电机技术的发展趋势。
扫码获取配套资源本书是高等院校电气工程、机械工程等专业师生的教材，也可供从事电机设计、电力电子、工业自动化等领域的工程技术人员参考。希望本书能够为相关领域的科研与工程人员提供有益的参考，助力我国高性能电机技术的创新发展与产业应用。
由于电机技术发展迅速，多物理场耦合分析涉及多学科交叉知识，书中难免存在疏漏与不足之处，恳请广大读者批评指正。

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