《電動汽車電機及驅動：設計、分析和應用》總結了作者所在課題組在電動汽車技術中電機及驅動系統(tǒng)方面20多年的研究成果，內(nèi)容涉及多種電機及驅動系統(tǒng)的結構、設計、分析、控制及應用。在深化傳統(tǒng)電機驅動系統(tǒng)如直流電機、交流感應電機、開關磁阻電機、永磁無刷直流電機系統(tǒng)的基礎上，本書對當今前沿電機及驅動系統(tǒng)如定子永磁電機、磁齒輪復合電機、永磁游標電機、新型無永磁體電機、ISG以及電子無級變速系統(tǒng)等進行了討論和分析。本書不僅對多種電機及驅動系統(tǒng)進行了詳細的理論和仿真分析，同時還提供了大量的實驗數(shù)據(jù)和應用案例，供讀者了解在電動汽車電機及驅動系統(tǒng)研究方面的研究成果。
《電動汽車電機及驅動：設計、分析和應用》將為純電動汽車、混合動力電動汽車電機及驅動系統(tǒng)的研究和發(fā)展提供新且詳實的參考，在內(nèi)容上涵蓋了大量時下為先進的電機及驅動系統(tǒng)。為更好地幫助初學者和相關從業(yè)人員，本書著重強調(diào)了電機及驅動系統(tǒng)的設計準則、性能分析、應用案例和應用前景，以突出其實用性。
1）涵蓋了該領域的主要技術，包括其基本概念和相關應用。
2）詳細討論了大量包括直流、交流感應、永磁無刷和開關磁阻電機，以及定子永磁、磁齒輪、永磁游標、無永磁等在內(nèi)的先進電機驅動系統(tǒng)。
3）詳細討論了如集成起動發(fā)電機系統(tǒng)、行星齒輪電磁變速傳動系統(tǒng)、雙轉子電磁變速傳動系統(tǒng)以及磁齒輪電磁變速傳動系統(tǒng)等在內(nèi)的混合動力驅動系統(tǒng)。
4）配套網(wǎng)站W(wǎng)iley出版社本書主頁www.wiley.com/go/chau/electricvehicle提供相應的介紹和講座幻燈片，以加強教學和理解。
本書是為方便高等院校電氣工程專業(yè)研究生、電動汽車及其相關行業(yè)研究員和工程師學習所撰寫的一部詳實而細致的專著。
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我出生在一個國際化的大都市里，在過去的幾十年中，親眼目睹了周圍環(huán)境的不斷惡化。為了使我們的環(huán)境重新恢復生機，從我1987年本科畢業(yè)設計——電動汽車電池監(jiān)控開始，一直到2014年最新的研究項目——電動汽車輪轂電機驅動，在過去的20年里，我一直全身心投入到電動汽車事業(yè)當中。現(xiàn)如今，電動汽車已成為全球最為環(huán)保、綠色的交通運輸方式，在不久的將來，電動汽車定將成為治理環(huán)境的最為實際的方式。
多年來，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)許多關于電動汽車技術方面的參考書籍，涵蓋了純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車等相關技術，但由于電動汽車技術的多樣性和學科交叉性，要在一本書之內(nèi)囊括最新的研究進展或者進行深度的討論是非常困難的。近幾年，已有討論具體的電動汽車技術比如電力驅動、混合動力驅動、電池和燃料電池等技術的參考書籍，盡管已有大量學術論文對電動汽車相關技
術進行了研究，但仍需要一本對其進行全面討論的參考書籍，即從純電驅動、混合驅動和燃料電池三個方面來分析電動汽車的優(yōu)勢以及電動汽車行業(yè)今后的發(fā)展方向。
本書主要從電力驅動和混合驅動兩個角度對純電力驅動、混合驅動和燃料電池電動汽車進行討論。對于電力驅動的電動汽車而言，其涉及的電機類型有交、直流的永磁無刷電機和開關磁阻電機。更為細化則可分為定子永磁、磁齒輪、永磁游標和新型無永磁電機等。對于混合驅動的電動汽車而言，則包含了如集成起動發(fā)電系統(tǒng)、行星齒輪電動無級變速系統(tǒng)。更為細化則可分為雙轉子電動無級變速和磁齒輪
電動無級變速系統(tǒng)。同時，本書重點介紹了各種電機驅動系統(tǒng)的設計準則、性能分析、實際應用和前景展望。由于不同類型的電動汽車會采用完全不同的驅動系統(tǒng)，因而本書可以為研究員和設計師提供非常重要的參考。
電動汽車無疑是改善環(huán)境的最大助力，而我的家庭也是我從事電動汽車研究的最大動力。在這里我尤其要感謝我的兒子Aten Man-Ho和我的妻子Joan Wai-Yi，感謝他們一路上的全力支持。
K.T.Chau
鄒國棠 男，分別于1988年、1991年和1993年在香港大學獲榮譽學士學位、碩士學位和博士學位，于1995年加入香港大學，現(xiàn)任香港大學電機電子工程學系教授及國際電動車研究中心主任、電氣工程學士學位委員會主任。主要致力于純電動和混合電動汽車驅動系統(tǒng)研究，美國電氣電子工程師學會會士（IEEE Fellow），英國工程技術學會會士（IET Fellow）。曾擔任電動汽車領域的多種國際期刊編輯和編委以及多個國際會議的主席和組委會委員，同時也是電動汽車技術領域的國際顧問。
主要教學和研究方向為純電動和混合電動汽車、電機及驅動、清潔和可再生能源技術，在相關領域共發(fā)表超過400篇學術論文和大量工業(yè)報告。鄒國棠教授在教學和科研方面遵循《禮記》中“教學相長”的教育哲學。
鄒國棠教授是教育部“長江學者獎勵計劃” 講座教授，獲“卓越創(chuàng)新教學科研獎”以表彰其在教學及科技方面的突出貢獻，獲“卓越環(huán)保運輸獎” 以表彰其在教育、培訓和環(huán)保意識等方面的卓越貢獻。此外，鄒國棠教授還獲得過香港大學“杰出青年研究學者獎”等獎項。
譯者序
原書前言
本書結構
致謝
作者簡介
第1章緒論1
1.1 什么是電動汽車1
1.2 電動汽車面臨的挑戰(zhàn)概述3
1.2.1 純電動汽車4
1.2.2 混合動力電動汽車4
1.2.3 可并網(wǎng)混合動力電動汽車5
1.2.4 燃料電池電動汽車6
1.3 電動汽車關鍵技術概述6
1.3.1 電機驅動技術7
1.3.2 能源技術9
1.3.3 電池充電技術12
1.3.4 車輛到電網(wǎng)技術14
參考文獻17
第2章 直流電機驅動系統(tǒng)19
2.1 系統(tǒng)結構19
2.2 直流電機20
2.2.1 直流電機結構20
2.2.2 直流電機工作原理21
2.2.3 直流電機數(shù)學模型22
2.3 DC-DC變換器24
2.3.1 DC-DC變換器的拓撲結構24
2.3.2 DC-DC變換器的軟開關拓撲結構26
2.4 直流電機控制28
2.4.1 轉速控制28
2.4.2 再生制動30
2.5 設計準則32
2.6 設計案例33
2.7 應用案例36
2.8 直流電機在電動汽車中的應用是否衰退37
參考文獻37
第3章 感應電機驅動系統(tǒng)38
3.1 系統(tǒng)結構38
3.2 感應電機39
3.2.1 感應電機結構39
3.2.2 感應電機原理40
3.2.3 感應電機建模41
3.3 感應電機用逆變器43
3.3.1 PWM逆變器44
3.3.2 軟開關逆變器47
3.4 感應電機控制48
3.4.1 變壓變頻控制48
3.4.2 磁場定向控制49
3.4.3 直接轉矩控制53
3.5 設計準則56
3.6 設計案例58
3.7 應用案例60
3.8 是否是電動汽車的成熟技術61
參考文獻62
第4章 永磁無刷電機驅動系統(tǒng)63
4.1 永磁材料63
4.2 系統(tǒng)結構65
4.3 永磁無刷電機65
4.3.1 永磁無刷電機結構66
4.3.2 永磁無刷電機工作原理68
4.3.3 永磁無刷電機建模71
4.4 永磁無刷電機用逆變器75
4.4.1 逆變器要求75
4.4.2 無刷交流運行的開關策略76
4.4.3 無刷直流電機的開關策略76
4.5 永磁無刷電機控制79
4.5.1 永磁同步電機控制79
4.5.2 永磁無刷直流電機控制83
4.6 設計準則85
4.7 設計案例88
4.7.1 行星齒輪永磁同步電機驅動88
4.7.2 外轉子永磁無刷直流電機驅動91
4.8 應用案例95
4.9 是否是電動汽車的優(yōu)選技術96
參考文獻96
第5章 開關磁阻電機驅動系統(tǒng)98
5.1 系統(tǒng)結構98
5.2 開關磁阻電機99
5.2.1 開關磁阻電機結構99
5.2.2 開關磁阻電機工作原理100
5.2.3 開關磁阻電機模型102
5.3 開關磁阻功率變換器105
5.3.1 開關磁阻功率變換器拓撲105
5.3.2 軟開關開關磁阻功率變換器拓撲107
5.3.3 電動汽車用開關磁阻功率變換器對比111
5.4 開關磁阻電機控制111
5.4.1 轉速控制111
5.4.2 轉矩脈動最小化控制112
5.4.3 無位置傳感器控制116
5.5 設計準則118
5.5.1 電機初始化設計118
5.5.2 噪聲抑制122
5.6 設計案例123
5.6.1 行星齒輪開關磁阻電機驅動123
5.6.2 外轉子開關磁阻輪轂電機驅動126
5.7 應用案例128
5.8 是否成熟應用于電動汽車驅動128
參考文獻129
第6章 定子永磁電機驅動系統(tǒng)130
6.1 定子永磁和轉子永磁130
6.2 系統(tǒng)結構131
6.3 雙凸極永磁電機驅動技術132
6.4 磁通反向永磁電機驅動技術139
6.5 磁通切換永磁電機驅動技術141
6.6 混合勵磁永磁電機驅動技術143
6.7 磁通記憶永磁電機驅動技術145
6.8 設計準則153
6.9 設計案例156
6.9.1 外轉子混合勵磁雙凸極永磁電機驅動系統(tǒng)156
6.9.2 外轉子磁通記憶雙凸極永磁電機驅動系統(tǒng)159
6.10 應用前景170
參考文獻171
第7章 磁齒輪復合電機驅動系統(tǒng)173
7.1 系統(tǒng)結構173
7.2 磁齒輪174
7.2.1 變換型磁齒輪175
7.2.2 磁場調(diào)制型磁齒輪177
7.3 磁齒輪復合電機180
7.3.1 磁齒輪復合電機工作原理180
7.3.2 磁齒輪復合電機模型185
7.4 磁齒輪復合電機驅動用逆變器185
7.5 磁齒輪復合電機控制186
7.6 設計準則189
7.7 設計案例189
7.7.1 磁齒輪永磁無刷直流輪轂電機驅動190
7.7.2 磁齒輪永磁無刷交流輪轂電機驅動191
7.8 應用前景197
參考文獻197
第8章 永磁游標電機驅動系統(tǒng)199
8.1 系統(tǒng)結構199
8.2 永磁游標電機200
8.2.1 永磁游標電機與磁齒輪電機的比較200
8.2.2 永磁游標電機的結構201
8.2.3 永磁游標電機的運行原理204
8.2.4 永磁游標電機的建模206
8.3 永磁游標電機的逆變器選型207
8.4 永磁游標電機的控制209
8.5 設計準則209
8.6 設計案例211
8.6.1 外轉子永磁游標電機驅動211
8.6.2 磁通可控外轉子永磁游標電機驅動212
8.7 應用前景219
參考文獻220
第9章 新型無永磁型電機驅動系統(tǒng)221
9.1 什么是新型無永磁型電機221
9.2 系統(tǒng)結構222
9.3 同步磁阻(SynR)電機223
9.4 雙凸極直流(DSDC)電機225
9.5 磁通切換直流(FSDC)電機227
9.6 游標磁阻(VR)電機230
9.7 雙饋游標磁阻(DFVR)電機232
9.8 軸向磁通無永磁型電機235
9.9 設計準則237
9.10 設計案例237
9.10.1 多齒雙凸極直流電機237
9.10.2 多齒磁通切換直流電機240
9.10.3 軸向雙凸極直流電機242
9.10.4 軸向磁通切換直流電機247
9.11 應用前景251
參考文獻252
第10章 起動發(fā)電一體機系統(tǒng)254
10.1 混合動力汽車分類254
10.2 ISG系統(tǒng)結構258
10.3 ISG電機259
10.4 ISG運行模式261
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