电机气隙磁场调制统一理论及应用

图书标准信息

• 作者 程明 著
• 出版社 机械工业出版社
• 出版时间 2021-01
• 版次 1
• ISBN 9787111667407
• 定价 148.00元
• 装帧 其他
• 开本 其他
• 纸张 胶版纸
• 页数 376页
• 字数 485千字

【内容简介】

本书系统地介绍了电机气隙磁场调制统一理论及应用方法, 是作者团队十多年研究成果的提炼和总结。 在揭示气隙磁场调制现象普遍性的基础上, 完整地阐述了电机气隙磁场调制统一理论, 结合实例介绍了如何利用磁场调制理论来分析计算电机性能, 给出了指导电机拓扑创新的一般性原则和方法, 并通过多个新型电机实例予以佐证。
  本书首次将电机气隙磁场调制现象抽象化和理论化, 创立了电机气隙磁场调制理论, 为电机的分析和计算提供了全新的视角和方法, 丰富了电机学理论, 是一本难得的佳作。

【作者简介】

程明，博士，东南大学首席教授、博士生导师，IEEE Fellow, IET Fellow。现任东南大学风力发电研究中心主任、东南大学先进电机与电力电子集成系统研究所所长、东南大学学术委员会委员、江苏省新能源汽车电机及驱动系统工程实验室主任。2002-2009年任东南大学电气工程学院院长，2011年1-4月在美国威斯康星大学麦迪逊分校任访问教授，2012年6-7月、2015年8月在丹麦奥尔堡大学任访问教授，2016年7月-2019年6月任英国Aston大学客座教授。兼任国家自然科学基金委员会第12、13届专家评审组成员、中国机械工业教育协会常务理事、IEEE工业应用学会（IAS）和磁学会（Magnetics）执委、IEEE IAS-PES南京联合分会创始主席、江苏省汽车工程学会新能源汽车专业委员会主任等学术职务，是《Energy Conversion and Management》（SCI一区期刊）、《IEEJ Journal of Industry Applications》、《中国电机工程学报》、《电工技术学报》等期刊编委。曾担任第八届电机与系统国际会议（ICEMS2005）程序委员会主席、ICEMS2008程序委员会副主席、LIDA2013编辑出版委员会主席等。30多年来，主持承担包括国家973计划课题、国家863计划项目、国家自然科学基金重点项目和重大国际（地区）合作研究项目等课题60余项，发表论文400余篇（SCI收录220余篇）；主编《微特电机及系统》、《可再生能源发电技术》教材，出版《电动汽车的新型驱动技术》、《电机的混沌驱动及其应用》等著作，应Springer出版社邀请参编《Encyclopedia of Sustainability Science and Technology》，应Wiley出版社邀请参编《Encyclopedia of Automotive Engineering》并任第三卷编辑；获授权中国发明专利130余件、PCT专利３件、欧洲专利1件。获国家技术发明二等奖、教育部自然科学一等奖、中国机械工业科学技术一等奖等学术奖励，和江苏省“333高层次人才培养工程”中青年科技领军人才、优秀科技工作者、“六大人才高峰”学术带头人、江苏省十大优秀专利发明人、中达学者以及江苏省专利发明人奖等荣誉称号。所指导的学生论文获全国优博提名奖2篇，江苏省优秀博士学位论文6篇、优秀硕士论文2篇，江苏省优秀本科生毕业设计一等奖2篇、二等奖1篇，IEEE IAS博士学位论文竞赛一等奖1篇、三等奖2篇；被聘为IEEE IAS Distinguished Lecturer in 2015/2016；享受国务院政府特殊工献津贴。

【目录】

序言

前言

第 1 章　 绪论 1 

　1. 1　 电机发展历史回顾 1

　1. 2　 经典电机学理论的局限性 4 

　 　1. 2. 1　 电机理论呈现碎片化 4 ……………………………………………………

　 　1. 2. 2　 原理分析存在局限性 5 ……………………………………………………

　 　1. 2. 3　 性能分析缺乏统一性 5 ……………………………………………………

　1. 3　 磁场调制电机及其理论的发展概况 6 …………………………………………

　1. 4　 本书的总体思路与框架 9 ………………………………………………………

　 参考文献 10 ……………………………………………………………………………

第 2 章　 电机中的气隙磁场调制现象 16 ………………………………………………

　2. 1　 磁场调制式磁齿轮 16 ……………………………………………………………

　 　2. 1. 1　 基本结构与工作原理 17 ……………………………………………………

　 　2. 1. 2　 磁场调制效应的定性分析 19 ………………………………………………

　 　2. 1. 3　 其他类型的磁齿轮 22 ………………………………………………………

　2. 2　 外转子聚磁式同轴磁齿轮结构及静态特性 24 …………………………………

　 　2. 2. 1　 外转子聚磁式同轴磁齿轮结构 25 …………………………………………

　 　2. 2. 2　 静态特性分析 25 ……………………………………………………………

　2. 3　 磁齿轮复合电机 30 ………………………………………………………………

　 　2. 3. 1　 磁齿轮复合电机拓扑结构 31 ………………………………………………

　 　2. 3. 2　 磁齿轮复合电机比较分析 32 ………………………………………………

　2. 4　 外转子聚磁式磁场调制永磁电机 37 ……………………………………………

　 　2. 4. 1　 FCFMPM 电机基本结构 37 …………………………………………………

　 　2. 4. 2　 FCFMPM 电机特性分析 38 …………………………………………………

Ⅶ 　　　

　 　2. 4. 3　 FCFMPM 电机主要尺寸关系式 53 …………………………………………

　 　2. 4. 4　 FCFMPM 样机设计与实验验证 55 …………………………………………

　 　2. 4. 5　 与商业化小型风力发电机的比较 60 ………………………………………

　2. 5　 初级永磁型游标直线电机 61 ……………………………………………………

　 　2. 5. 1　 LPPMV 电机的基本结构及运行原理 61 …………………………………

　 　2. 5. 2　 LPPMV 电机有限元计算 66 ………………………………………………

　 　2. 5. 3　 LPPMV 电机实验验证 73 …………………………………………………

　2. 6　 磁通切换永磁电机 75 ……………………………………………………………

　 　2. 6. 1　 FSPM 电机磁场调制机理 75 ………………………………………………

　 　2. 6. 2　 FSPM 电机电枢反应磁场调制机理 77 ……………………………………

　 　2. 6. 3　 FSPM 电机转矩产生机理 81 ………………………………………………

　2. 7　 双馈电机 82 ………………………………………………………………………

　 　2. 7. 1　 双馈电机的分类及工作原理 82 ……………………………………………

　 　2. 7. 2　 级联式无刷双馈电机 84 ……………………………………………………

　 　2. 7. 3　 调制式无刷双馈电机 85 ……………………………………………………

　 　2. 7. 4　 现有无刷双馈电机的共性特点与个性差别 91 ……………………………

　2. 8　 电机原理的统一性 92 ……………………………………………………………

　 参考文献 94 ……………………………………………………………………………

第 3 章　 电机气隙磁场调制统一理论 99 ………………………………………………

　3. 1　 概述 99 ……………………………………………………………………………

　3. 2　 经典绕组函数法及其局限性 100 ………………………………………………

　 　3. 2. 1　 绕组磁动势分析 100 ………………………………………………………

　 　3. 2. 2　 经典绕组函数法 102 ………………………………………………………

　 　3. 2. 3　 经典绕组函数法的局限性 104 ……………………………………………

　3. 3　 电机三要素 107 …………………………………………………………………

　 　3. 3. 1　 励磁源 108 …………………………………………………………………

　 　3. 3. 2　 调制器 109 …………………………………………………………………

　 　3. 3. 3　 滤波器 110 …………………………………………………………………

　3. 4　 三要素的数学表征 110 …………………………………………………………

　 　3. 4. 1　 源磁动势 110 ………………………………………………………………

　 　3. 4. 2　 调制算子 114 ………………………………………………………………

　 　3. 4. 3　 滤波器 122 …………………………………………………………………

　 　3. 4. 4　 电机统一模型 124 …………………………………………………………

　3. 5　 统一转矩分析 126 ………………………………………………………………

　 　3. 5. 1　 统一转矩方程 126 …………………………………………………………

Ⅷ 　　　

　 　3. 5. 2　 绕线转子凸极同步电机 128 ………………………………………………

　 　3. 5. 3　 同步磁阻电机 130 …………………………………………………………

　 　3. 5. 4　 笼型感应电机 131 …………………………………………………………

　 　3. 5. 5　 无刷双馈磁阻电机 132 ……………………………………………………

　 　3. 5. 6　 无刷双馈感应电机 133 ……………………………………………………

　 　3. 5. 7　 磁通切换电机 134 …………………………………………………………

　 　3. 5. 8　 聚磁式场调制永磁电机 (永磁游标电机) 143 …………………………

　 参考文献 146 ……………………………………………………………………………

第 4 章　 磁场调制行为分析 149 ………………………………………………………

　4. 1　 概述 149 …………………………………………………………………………

　4. 2　 电机内的磁场调制行为与转矩成分 149 ………………………………………

　 　4. 2. 1　 同步调制和异步调制行为 150 ……………………………………………

　 　4. 2. 2　 同步转矩和异步转矩分量 151 ……………………………………………

　4. 3　 磁场调制行为及转矩成分的关系 152 …………………………………………

　 　4. 3. 1　 常见电机拓扑的磁场调制描述 152 ………………………………………

　 　4. 3. 2　 常见电机结构转矩成分解析 159 …………………………………………

　 　4. 3. 3　 实例分析———无刷双馈电机 161 …………………………………………

　4. 4　 不同调制器的磁场调制行为分析对比 168 ……………………………………

　 　4. 4. 1　 凸极磁阻调制器磁场调制行为 168 ………………………………………

　 　4. 4. 2　 多层磁障调制器磁场调制行为 177 ………………………………………

　 　4. 4. 3　 短路线圈调制器磁场调制行为 181 ………………………………………

　4. 5　 不同调制器的等效性及互换性 192 ……………………………………………

　 　4. 5. 1　 不同调制器等效性和互换性分析 192 ……………………………………

　 　4. 5. 2　 不同调制器互换及组合实例分析 195 ……………………………………

　 　4. 5. 3　 不同调制器互换的性能对比 196 …………………………………………

　 参考文献 203 ……………………………………………………………………………

第 5 章　 基于磁场调制理论的电机性能分析与计算 204 ……………………………

　5. 1　 概述 204 …………………………………………………………………………

　5. 2　 无刷双馈电机 204 ………………………………………………………………

　 　5. 2. 1　 无刷双馈电机的定子绕组 205 ……………………………………………

　 　5. 2. 2　 无刷双馈电机的气隙磁场分布及电感特性 207 …………………………

　 　5. 2. 3　4/ 2 对极无刷双馈磁阻电机的定量分析 217 ……………………………

　5. 3　6/ 8 极磁通反向永磁电机 231 …………………………………………………

　 　5. 3. 1　 结构参数对磁场调制效果的影响 233 ……………………………………

Ⅸ 　　　

　 　5. 3. 2　 磁场调制行为 235 …………………………………………………………

　 　5. 3. 3　 实验验证 238 ………………………………………………………………

　5. 4　 笼型感应电机及电励磁凸极同步电机的统一分析 241 ………………………

　 　5. 4. 1　 磁场调制行为 242 …………………………………………………………

　 　5. 4. 2　 电磁特性分析 246 …………………………………………………………

　 　5. 4. 3　 实验验证 250 ………………………………………………………………

　 参考文献 252 ……………………………………………………………………………

第 6 章　 电机拓扑结构创新 255 ………………………………………………………

　6. 1　 创新方法 255 ……………………………………………………………………

　 　6. 1. 1　 改变励磁源 256 ……………………………………………………………

　 　6. 1. 2　 改变调制器 257 ……………………………………………………………

　 　6. 1. 3　 改变滤波器 257 ……………………………………………………………

　 　6. 1. 4　 改变三要素的相对位置 257 ………………………………………………

　 　6. 1. 5　 改变三要素的相对运动状态 258 …………………………………………

　6. 2　 Π 型铁心双凸极永磁电机 259 …………………………………………………

　 　6. 2. 1　 电机结构与运行原理 259 …………………………………………………

　 　6. 2. 2　 性能分析与比较 266 ………………………………………………………

　 　6. 2. 3　 样机与实验结果 268 ………………………………………………………

　6. 3　 定子永磁型旋转变压器 270 ……………………………………………………

　 　6. 3. 1　 基本结构与工作原理 270 …………………………………………………

　 　6. 3. 2　 奇数极的问题与磁场调制解决方法 274 …………………………………

　6. 4　 磁通反向永磁电机 278 …………………………………………………………

　 　6. 4. 1　 基于磁场调制理论的空载感应电动势分析 278 …………………………

　 　6. 4. 2　 空载感应电动势及其谐波分布 285 ………………………………………

　6. 5　 整距绕组磁通切换永磁电机 287 ………………………………………………

　 　6. 5. 1　 电机结构与运行原理 287 …………………………………………………

　 　6. 5. 2　 关键尺寸参数设计 289 ……………………………………………………

　 　6. 5. 3　 比较分析 292 ………………………………………………………………

　6. 6　 转子永磁型磁通切换电机 292 …………………………………………………

　 　6. 6. 1　 电机结构及基本电磁特性 293 ……………………………………………

　 　6. 6. 2　 转子永磁型磁通切换电机转矩产生机理 305 ……………………………

　6. 7　 双转子磁齿轮功率分配电机 313 ………………………………………………

　 　6. 7. 1　 MGPSM 电机的基本结构与工作原理 313 …………………………………

　 　6. 7. 2　 MGPSM 电机的工作模式 315 ………………………………………………

　 　6. 7. 3　 MGPSM 电机磁路不对称现象及影响 317 …………………………………

　　　

　 　6. 7. 4　 互补式 MGPSM 电机的原理与实验验证 321 ……………………………

　6. 8　 定子超导励磁磁场调制电机 331 ………………………………………………

　 　6. 8. 1　 定子超导励磁磁通切换电机 332 …………………………………………

　 　6. 8. 2　 双定子磁场调制超导励磁电机 334 ………………………………………

　 　6. 8. 3　 磁场调制超导电机的技术难点与展望 337 ………………………………

　 参考文献 338 ……………………………………………………………………………

第 7 章　 磁场调制理论的其他应用 343 ………………………………………………

　7. 1　 概述 343 …………………………………………………………………………

　7. 2　 无刷双馈电机的径向力分析 344 ………………………………………………

　 　7. 2. 1　 电机内的电磁振动和噪声 344 ……………………………………………

　 　7. 2. 2　 电机内的径向力分析 344 …………………………………………………

　 　7. 2. 3　 电机内的径向力计算 345 …………………………………………………

　 　7. 2. 4　 无不平衡磁拉力的极对数组合 357 ………………………………………

　7. 3　 无轴承单极和交替极永磁交流电机的悬浮绕组设计 357 ……………………

　 　7. 3. 1　 绕组变极设计原理 358 ……………………………………………………

　 　7. 3. 2　 方案 1: 跨距 y= 4 359 ……………………………………………………

　 　7. 3. 3　 方案 2: 跨距 y= 5 362 ……………………………………………………

　 参考文献 365 ………………………………………………………