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本书总结了作者所在课题组在电动汽车技术中电机驱动系统方面20多年的研究成果,内容涉及多种电机驱动系统的结构、分析及控制。在深化传统电机驱动系统如直流电动机、交流感应电动机、开关磁阻电动机、永磁无刷电动机以及永磁同步电动机的基础上,

本书对当今前沿电机驱动系统如双定子永磁无刷电动机、双励磁永磁无刷电动机、记忆电动机、磁性齿轮永磁无刷复合电动机以及电子无级变速传输(ECVT)系统进行了讨论。本书不仅利用数学模型和仿真对多种电机驱动系统进行了详细分析,同时还提供了大量的实验数据进行验证,供读者了解在电动汽车技术中电机驱动系统方面的最新研究成果。

本书可作为电动汽车相关领域工程技术人员、高等院校相关专业师生的参考书,也可供对电动汽车技术感兴趣的人士阅读。

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编辑推荐

本书是作者所在课题组对电动汽车,特别是电动汽车驱动技术方面20多年来的研究成果总结,其中既有应用于电动汽车的传统电机驱动系统如直流电动机、交流感应电动机、开关磁阻电动机、永磁无刷电动机以及永磁同步电动机的介绍,又有对当今前沿电机驱动系统如双定子永磁无刷电动机、双励磁永磁无刷电动机、记忆电动机、磁性齿轮永磁无刷复合电动机以及电子无级变速传输(ECVT)系统的讨论和分析,内容丰富,创新性强。

作者简介

邹国棠, 男,分别于1988年、1991年和1993年在香港大学获一级荣誉学士学位、硕士学位和博士学位,现为香港大学电机电子工程学系教授及国际电动车研究中心主任、博士生导师,东南大学客座教授和教育部“长江学者奖励计划”讲座教授。主要研究领域:电动车、电机及驱动、无线充电技术等,发表了约200篇国际学术期刊文章和约300篇国际学术会议文章,著有《Modern Electric Vehicle Technology》(牛津大学出版社,2001)、《Chaos in Electric Drive Systems》(Wiley-IEEE出版社,2011)等著作,是美国电气电子工程师学会资深会员(IEEE Fellow)、英国工程技术学会资深会员(IET Fellow)、中国香港工程师学会资深会员(HKIE Fellow)、《亚洲电动车学报》副主编等。2003年获香港大学“杰出青年研究学者奖”;2004年获香港大学“教学院士奖”;2005年在美国举行的国际大学教学会议上获“卓越创新教学科研奖”;2007年获美国国际汽车工程师学会 “2006年卓越环保运输奖”,以表扬其团队在环保电动车的教育、培训和环保意识等方面的卓越贡献;2013年获教育部自然科学一等奖。

程明,男,分别于1982年和1987年在南京工学院获学士和硕士学位,2001年在香港大学获博士学位。现任东南大学电气工程学院特聘教授、博士生导师,东南大学风力发电研究中心主任,东南大学盐城新能源汽车研究院常务副院长,江苏省新能源汽车电机及驱动系统工程实验室主任,是美国电气电子工程师学会资深会员(IEEE Fellow)和英国工程技术学会资深会员(IET Fellow),《Energy Conversion and Management》、《中国电机工程学报》、《电工技术学报》等期刊编委,国家自然科学基金委员会第12、13届专家评审组成员。主要研究领域:微特电机及测控系统、电动车驱动控制、风力发电技术等,发表论文400余篇(SCI收录120余篇),获授权发明专利60余项,著有《微特电机及系统》、《可再生能源发电技术》、《混沌电机驱动及其应用》等教材和专著,参编《Encyclopedia of Automotive Engineering》(John Wiley & Sons)并应邀担任副编辑;曾获教育部自然科学一等奖、江苏省科技进步二等奖、国际汽车工程师学会(SAE)卓越环保运输奖、通用汽车中国高校汽车领域创新人才奖、英国工程技术学会(IET)电力应用奖等学术奖励,以及江苏省优秀科技工作者、江苏省“333高层次人才工程”中青年科技领军人才、江苏省优秀专利发明人、“中达学者”等荣誉。

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目录

第2版前言

第1版前言

第1章电动汽车概述

1.1电动汽车的历史与现状

1.1.1电动汽车发展历史

1.1.2国际电动汽车的现状

1.1.3国内电动汽车的现状

1.2电动汽车的特点和发展方向

1.2.1电动汽车的特点

1.2.2电动汽车的发展方向

1.3电动汽车的关键技术

1.4电动汽车电动机系统的基本特点与驱动方式

1.4.1电动汽车对驱动电动机的特性要求

1.4.2电动汽车驱动电动机的主要类型

1.4.3电动汽车的主要驱动方式

参考文献

第2章直流电动机及其驱动技术

2.1直流电动机驱动系统

2.2直流电动机

2.2.1他励直流电动机

2.2.2串励直流电动机

2.2.3并励直流电动机

2.2.4复励直流电动机

2.3变换器

2.3.1单象限型直流斩波器

2.3.2二象限型直流斩波器

2.3.3四象限型直流斩波器

2.4速度控制

2.4.1电压控制直流斩波器驱动系统

2.4.2带电压前馈的电压控制直流斩波器驱动系统

参考文献

第3章交流感应电动机及其驱动技术

3.1概述

3.2交流感应电动机

3.2.1笼型感应电动机的基本结构与工作原理

3.2.2电动汽车用感应电动机的设计特点

3.3逆变器

3.4控制策略

3.4.1转速控制

3.4.2变压变频控制

3.4.3矢量控制

3.4.4自适应控制

3.4.5滑模控制

3.4.6效率优化控制

3.4.7变极控制

参考文献

第4章开关磁阻电动机及其驱动技术

4.1开关磁阻电动机驱动系统

4.2开关磁阻电动机

4.2.1开关磁阻电动机的工作原理

4.2.2开关磁阻电动机的设计

4.3开关磁阻电动机的功率变换器

4.4开关磁阻电动机的控制

参考文献

第5章永磁无刷电动机驱动技术

5.1概述

5.2永磁无刷电动机驱动系统

5.3永磁无刷电动机

5.3.1永磁材料

5.3.2转子永磁型无刷电动机

5.3.3定子永磁型无刷电动机

5.3.4永磁无刷电动机比较

5.4永磁无刷电动机控制技术

5.4.1无刷直流和永磁同步运行模式

5.4.2恒功率运行

5.4.3效率最优控制

5.4.4直接转矩控制

5.4.5人工智能控制

5.4.6无位置传感器控制

5.4.7控制策略比较

5.5永磁无刷电动机的发展方向

参考文献

第6章新型双定子永磁无刷电动机及其驱动技术

6.1概述

6.1.1双定子及双转子电动机的发展

6.1.2混合动力电动汽车集成起动发电机设计

6.2双定子永磁电动机的结构与工作原理

6.3双定子永磁电动机的有限元分析

6.4电动机状态下双闭环控制策略在有限元时步法中的实现

6.5双定子永磁电动机绕组连接方式

6.6新型双定子永磁无刷电动机与传统永磁无刷电动机的比较

参考文献

第7章新型双励磁永磁无刷电动机及其驱动技术

7.1概述

7.2双励磁永磁无刷电动机

7.2.1双定子爪极型双励磁永磁无刷电动机

7.2.26/4极双凸极型双励磁永磁无刷电动机

7.2.312/8极双凸极型双励磁永磁无刷电动机

7.2.4新型外转子型双励磁永磁无刷电动机

7.3双励磁永磁无刷电动机驱动系统

7.4双励磁永磁无刷电动机与双凸极永磁电动机的比较分析

7.4.1电动机结构分析和比较

7.4.2分析方法

7.4.3特性比较

7.5应用探讨:起动发电机

参考文献

第8章新型记忆电动机及其驱动技术

8.1交流励磁记忆电动机

8.2新型直流励磁记忆电动机

8.2.1铝镍钴永磁体

8.2.2直流励磁记忆电动机的结构与原理

8.2.3直流励磁记忆电动机的有限元分析

8.3直流励磁记忆电动机的驱动控制

8.3.1直流励磁记忆电动机的调速控制

8.3.2直流励磁记忆电动机的磁通控制

8.3.3直流励磁记忆电动机的弱磁扩速

8.4进一步的研究

参考文献

第9章新型磁性齿轮永磁无刷复合电动机及其驱动技术

9.1概述

9.2磁性齿轮

9.2.1平行轴磁性齿轮

9.2.2共轴磁性齿轮

9.3永磁无刷复合电动机

9.3.1永磁无刷复合电动机的机械结构

9.3.2永磁无刷复合电动机的有限元时步法分析

9.4永磁无刷复合电动机的控制方法

9.4.1永磁无刷复合电动机的数学模型

9.4.2永磁无刷复合电动机的动态仿真研究

9.4.3永磁无刷复合电动机的实验验证

参考文献

第10章新型电子无级变速传输驱动技术

10.1概述

10.2基于行星齿轮的ECVT系统

10.2.1行星齿轮

10.2.2 PG—ECVT运行模式

10.3基于双转子电动机的ECVT系统

10.4基于双定子永磁无刷电动机的ECVT系统

10.4.1双定子永磁无刷电动机

10.4.2基于双定子永磁无刷电动机的ECVT运行模式

10.5基于磁性齿轮的ECVT系统

10.5.1可连续调速传动的共轴磁性齿轮

10.5.2基于磁性齿轮的ECVT系统

10.5.3基于磁性齿轮的ECVT运行模式

参考文献

序言

电动汽车是中国能源生产和消费革命重要的主力军,是传统化石能源和发展可再生能源之间的纽带,是国家环境和生态的“保护神”。电动汽车的技术进步、应用和推广必将与智慧城市、智能电网、现代交通体系、市场经济发展、技术进步和经济改革紧密结合。它的健康迅速发展可以起到牵一发而动全身的作用。中国是全球最大的汽车生产和消费大国,中国也必将成为电动汽车的王国。作为电动汽车关键技术之一的电机驱动技术,其水平高低直接影响着电动汽车的整车性能。研究适合于电动汽车的车用驱动电机及其驱动技术,已成为电动汽车研究领域近年来的热点内容之一。

从1986年起,我和邹国棠教授便开始合作研究电动汽车及其驱动技术,并根据电动汽车用电机的负载要求、运行环境以及工况等特点,提出将“电动汽车电动机”作为一个独立的种类,这一概念得到国际上的广泛认同。在2001年,我们合著了《现代电动汽车技术》(Modern Electric Vehicle Technology)一书,并由英国牛津大学出版社作国际性发行,是当今对电动汽车技术较权威及具指导性的专著。

本书是作者所在课题组对电动汽车,特别是电动汽车驱动技术方面20多年来的研究成果总结,其中既有应用于电动汽车的传统电机驱动系统如直流电动机、交流感应电动机、开关磁阻电动机、永磁无刷电动机以及永磁同步电动机的介绍,又有对当今前沿电机驱动系统如双定子永磁无刷电动机、双励磁永磁无刷电动机、记忆电动机、磁性齿轮永磁无刷复合电动机以及电子无级变速传输(ECVT)系统的讨论和分析,内容丰富,创新性强。

本书中提出的新结构、新概念的永磁电动机也是目前国际上车用驱动电机研究领域热点之一,体现出作者在电动汽车驱动领域深厚的造诣和独到的、具有前瞻性的视野,这也是本书值得推荐和我写序的原因。最后,我相信,这本书一定会给广大电气工程领域本科生及研究生了解最新电动汽车驱动技术,拓宽科研视野,提供有益的帮助,同时也会为促进祖国电动汽车的快速发展和应用发挥出积极的作用。

陈清泉

中国工程院院士

英国皇家科学院院士

2015年8月

文摘

1.1.3 国内电动汽车的现状

除了欧美和日本等国家热衷于电动汽车的研发外,中国也开发了具有自主知识产权的电动汽车。很多高校、科研机构和汽车生产商都在研究和开发电动汽车。中国在“八五”“九五”期间开始立项研究电动汽车,并在“十一五”期间投入大量资金和研发人员,全面开发电动汽车,并已取得丰富的研究成果。但是,现代电动汽车的研发,涉及各学科的基础理论和技术,国产商用电动汽车的产业化,既面临着机遇,也充满着挑战。目前,除国内巨大的潜在市场之外,电动汽车在中国的发展还具备三大有利条件:

第一,大型国际活动在中国的举办为电动汽车推广提供契机。

电动汽车在历届奥运会上都是展示东道主国家高科技水平和环保决心的主角。1996年亚特兰大奥运会上,250多辆电动高尔夫球车及15辆电动大巴组成的绿色车队投入使用;2000年悉尼奥运会上,由400辆纯电动汽车组成的绿色车队正式投入使用;2004年雅典奥运会上,韩国现代集团提供了多辆纯电动汽车用于马拉松火炬接力活动和作为马拉松比赛先导车。

2008年奥运会在北京成功举行,电动汽车得到了历次奥运会中最大规模的应用,这既落实了“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的主题,又展示了中国电动汽车的研发水平和技术实力。北京奥运会向世界郑重承诺,“严格控制汽车尾气和其他污染源的污染物排放总量,以及市区主要污染物的日平均浓度,保证在最不利气象条件下,空气质量达到国际奥委会要求的标准”,而实现这一承诺的技术保障之一就是电动汽车技术。据了解,在2008年奥运会和残奥会期间,由595辆电动汽车组成的奥运绿色车队实现了奥林匹克公园中心区域交通“零排放”,中心区域周边地区及奥林匹克交通优先路线交通“低排放”。这一绿色车队包括由北京理工大学和京华客运公司开发的锂电池纯电动客车,由东风汽车公司和一汽研发生产的混合动力电动客车,由奇瑞、长安、一汽等汽车企业研发生产的混合动力电动轿车,由上燃动力、同济大学、上海大众共同开发的燃料电池电动轿车,以及由清华大学、北汽福田开发的燃料电池电动客车等。根据中国政府规定,奥运会用的清洁能源客车,只能在中国国内生产制造。因此,奥运会期间电动汽车的订单,为电动汽车行业发展提供了庞大的发展资金,同时,与电动汽车推广相配套的公共设施,包括240台智能地面充电机的大型充电站也投入使用,这也为将来大规模使用电动汽车,完善汽车充电网络提供了一个实验和应用平台。

 

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