新型双凸极电机及转矩脉动抑制技术

　　双凸极电机具有结构简单、调速范围宽、成本低和可靠性高等优点，是一种极具市场竞争力的驱动电机。但因其特有的双凸极结构以及脉冲式绕组供电方式导致电机运行时会产生较大的转矩脉动，这也是扩大此类电机应用领域的主要障碍。本书分别从双凸极的新结构设计、理论分析、多参数本体算法优化以及控制策略等方面入手，系统地提出抑制电机转矩脉动的方案，获取一些有价值的创新和结论。希望本书在双凸极电机新型拓扑、基础理论以及抑制转矩脉动技术等方面的研究成果，可为电机领域相关技术人员提供一定的理论支持，加深对双凸极电机的理解与认识。同时，也希望能进一步挖掘双凸极电机的优势与应用潜力，为新能源汽车、船舶推进等电机驱动系统发展提供新的选择与参考。

　　刘爱民，博士，沈阳工业大学电气工程学院教授、博士生导师。主要从事特种电机设计研究、智能控制技术及水下机器人智能推进系统研究。在IEEE Transactions on Industry Applications、IEEE Transactions on Magnetics、中国电机工程学报等国内外重要学术期刊及国际会议发表论文40余篇，获得国家发明专利及实用新型专利30余项。承担国家自然科学基金面上项目2项、辽宁省自然科学基金课题1项、辽宁省省资源厅重点项目1项，横向课题开发应用10余项。作为第一负责人获得辽宁省科技进步三等奖一项、中国机械工业科学技术奖三等奖一项，参与获得省部级科技进步二等奖2项。娄家川，博士，毕业于沈阳工业大学电气工程专业，现任安徽理工大学电气与信息工程学院讲师。主要从事特种电机设计、智能控制等方面的研究工作。参与完成国家自然科学基金项目2项，并发表多篇包括IEEE Transactions on Industry Applications、中国电机工程学报等国内外知名高水平期刊论文。张红奎，博士，毕业于沈阳工业大学电力电子与电力传动专业，现任中煤科工集团沈阳研究院有限公司副研究员。主要从事防爆电气安全理论、检验技术与标准化的研究工作。主持并参与国家重点研发计划、国家自然科学基金等多项科研项目，发表论文20余篇，授权国家专利32项，获山西省科技进步二等奖、中国煤炭工业协会科技进步二等奖等。

目录
Contents
前言
第1章导论
1.1双凸极电机研究背景与意义
1.2双凸极电机发展历程及研究现状
1.2.1开关磁阻电机的历史沿革
1.2.2永磁双凸极电机的发展方向
1.2.3电励磁双凸极电机的发展方向
1.2.4混合励磁双凸极电机的研究进展
1.3新结构线圈辅助励磁双凸极电机
1.3.1线圈辅助励磁双凸极电机研究目的及意义
1.3.2线圈辅助励磁双凸极电机特点
1.3.3线圈辅助励磁双凸极电机与其他双凸极电机拓扑
比较
1.4双凸极电机转矩脉动抑制技术研究现状
1.4.1本体优化设计对转矩脉动抑制影响分析
1.4.2控制策略对转矩脉动抑制影响研究现状
1.5双凸极电机的应用
1.5.1在航空器中的应用
1.5.2在风力发电机中的应用
1.5.3在电动汽车中的应用
1.6本章小结
参考文献
第2章双凸极电机拓扑结构及转矩脉动产生机理
2.1双凸极电机的拓扑结构
2.1.1三相开关磁阻电机
2.1.2双凸极电机的典型结构
2.1.3混合励磁双凸极电机的典型结构
2.1.4开关磁阻电机工作原理
2.1.5永磁双凸极电机工作原理
2.1.6电励磁双凸极电机工作原理
2.1.7混合励磁双凸极电机工作原理
2.2双凸极电机的数学模型
2.2.1机-电回路模型
2.2.2电感线性及非线性模型
2.2.3磁路分析模型
2.2.4有限元分析模型
2.3双凸极电机常用控制策略
2.3.1传统控制策略
2.3.2变结构控制
2.3.3智能控制
2.3.4转矩分配函数控制策略
2.3.5直接转矩控制与直接瞬时转矩控制
2.3.6自抗扰控制策略
2.4双凸极电机转矩脉动产生机理及抑制技术
2.4.1转矩脉动产生机理
2.4.2优化电机定转子结构参数抑制脉动的方法
2.4.3相电流模糊补偿控制减小转矩脉动
2.4.4关断角对有效输出转矩和转矩脉动的影响
2.5本章小结
第3章线圈辅助励磁双凸极电机结构、原理及转矩特性
3.1线圈辅助励磁双凸极电机拓扑结构及原理
3.1.1电机拓扑结构
3.1.2工作原理
3.2基本数学模型
3.2.1发电机数学模型
3.2.2电动机数学模型
3.3有限元分析及磁场分布
3.3.1有限元求解和分析
3.3.2磁密分布特性
3.4线圈辅助励磁双凸极电机系统构成
3.4.1新拓扑电机调速系统的主要构成
3.4.2中央励磁电流调节励磁特性
3.5线圈辅助励磁双凸极电机转矩特性
3.5.1中央辅助励磁线圈的重要特性
3.5.2电机的两种转矩特性各自正负性关系
3.6线圈辅助励磁双凸极电机转矩脉动
3.6.1双凸极结构及绕组供电方式导致转矩脉动
3.6.2改善电感特性及调节气隙磁场抑制转矩脉动
3.7本章小结
参考文献
第4章线圈辅助励磁双凸极电机参数设计与优化
4.1线圈辅助励磁双凸极电机参数设计
4.1.1算例电机技术指标与设计方案
4.1.2电机参数设计
4.1.3初始设计方案
4.1.4关键结构参数对转矩性能的影响
4.2线圈辅助励磁双凸极电机磁路解析法非线性建模
4.2.1不对齐位置磁化曲线计算
4.2.2临界对齐位置磁化曲线计算
4.2.3对齐位置磁化曲线计算
4.2.4半对齐位置磁化曲线计算
4.2.5非线性模型
4.3线圈辅助励磁双凸极电机多参数低转矩脉动本体优化
4.3.1优化目标、变量、条件
4.3.2天牛须搜索算法
4.3.3遗传算法
4.3.4粒子群优化算法
4.3.5BAS算法、GA和PSO算法全局参数优化对比分析
4.3.6BAS算法电磁方案
4.4本章小结
参考文献
第5章线圈辅助励磁双凸极电机电磁
性能及拓扑结构特性分析
5.1辅助线圈励磁磁场对转矩特性的影响
5.1.1静态场调磁能力分析
5.1.2稳态性能分析
5.2新结构性能特征对比分析
5.2.1不同的if条件下线圈辅助励磁双凸极电机的转矩仿真
5.2.2电励磁双凸极电机与永磁双凸
极电机转矩特性分析
5.2.3电励磁双凸极电机与永磁双凸极电机产生转矩脉动的原因
5.2.4线圈辅助励磁双凸极电机与同容量三相6/4极和8/6极
SRM转矩性能对比分析
5.3线圈辅助励磁双凸极电机模态分析及振动预测方法
5.3.1DSCEM振动分析研究方法
5.3.2DSCEM模态分析
5.3.3DSCEM振动预测方法
5.4本章小结
参考文献
第6章线圈辅助励磁双凸极电机控制策略及转矩脉动抑制
6.1基于感应电动势的无位置传感器控制策略
6.1.1无位置传感器控制简介
6.1.2无位置传感器控制策略
6.1.3无位置传感器控制联合仿真
6.2抑制转矩脉动控制策略
6.2.1径向基函数神经网络结构及其原理
6.2.2径向基函数神经网络学习算法及辨识系统
6.2.3单神经元自适应PID在线补偿直接瞬时转矩控制
6.3线圈辅助励磁双凸极电机控制系统动态仿真
6.3.1控制系统模型搭建
6.3.2动态仿真结果分析
6.4本章小结
第7章线圈辅助励磁双凸极电机控制系统平台设计与试验
7.1电机系统硬件设计
7.1.1DSP控制器
7.1.2功率逆变电路及其驱动电路
7.1.3电流采集单元
7.1.4速度及转矩采集单元
7.2系统软件设计
7.3试验验证
7.4本章小结
第8章新结构双凸极电机高速化研究
8.1HSM-CR结构与工作原理
8.2HSM-CR设计与电磁场分析
8.2.1HSM-CR设计
8.2.2HSM-CR电磁场仿真分析
8.3HSM-CR振动噪声与转子应力分析
8.3.1HSM-CR定子模态分析
8.3.2不同转子结构应力分析
8.3.3HSM-CR的谐响应分析
8.3.4HSM-CR噪声分析
8.4HSM-CR高速运行损耗特性研究
8.4.1铁耗的计算
8.4.2绕组铜耗的计算
8.4.3机械损耗的计算
8.4.4杂散损耗的计算
8.5HSM-CR高速运行温升研究
8.5.1热源分布
8.5.2对流换热系数
8.5.3流体场基本方程
8.5.4温升分析
8.5.5热流耦合温升模型的建立
8.5.6热流耦合温升计算
8.6HSM-CR无位置传感器控制技术研究
8.6.1三种无位置传感器模型搭建
8.6.2三种无位置控制方法仿真结果对比
8.7HSM-CR样机研制与硬件驱动平台搭建
8.7.1实验平台设计
8.7.2加载实验
8.8本章小结