程明，分别于1982年和1987年在南京工学院获学士和硕士学位，2001年于香港大学获博士学位；IEEE Fellow，IET Fellow，IEEE工业应用学会（IAS）杰出讲座学者。现任东南大学首席教授、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。曾于2002~2009年任东南大学电气工程学院院长、2011年1~4月任美国威斯康星麦迪逊大学访问教授、2012年6~7月任丹麦澳尔堡大学访问教授、2016年7月~2019年6月任英国阿斯顿大学客座教授。兼任国家自然科学基金委员会第12、13届专家评审组成员，《Energy Conversion and Management》《IEEJ Journal of Industry Applications》《中国电机工程学报》《电工技术学报》等期刊编委，《Chinese Journal of Electrical Engineering》共同主编，《电气工程学报》主编，《IEEE Transactions on Industrial Electronics》客座主编和《IEEE Transactions on Energy Conversion》客座编辑，兼任IEEE工业应用学会（IAS）执委（2017~2018）和磁学学会（MS）执委（2017）。

主要主从事电机系统基础理论与关键技术研究，提出了电机气隙磁场调制统一理论，建立了电机系统一体化精确建模方法，发明了高可靠定子永磁电机设计技术等，承担国家自然科学基金重大项目、重点项目和重大国际（地区）合作研究项目，国家“973计划”课题，国家“863计划”项目等重要课题30余项；获授权中国发明专利130余件、PCT专利8件；发表期刊论文400余篇（SCI收录220余篇），著有《定子永磁无刷电机?理论、设计与控制》、《微特电机及系统》、《可再生能源发电技术》、《电动汽车的新型驱动技术》、《电机混沌驱动及其应用》等专著和教材，应邀担任《Encyclopedia of Automotive Engineering》（John Wiley & Sons）第三卷主编；论著被国内外学者大量引用，2014年以来连续入选爱思唯尔“中国高被引学者榜”。

以第一完成人获2016年国家技术发明奖二等奖、2019年江苏省科学技术奖一等奖、2015年中国机械工业科学技术奖一等奖、2013年教育部自然科学奖一等奖、2018年江苏省专利发明人奖、2018年中国产学研合作创新奖、2019年江苏省专利金奖等学术奖励，以及IET Achievement Award、SAE Environmental Excellence in Transportation Award、Delta Scholar（中达学者）等国际学术奖励；享受国务院政府特殊贡献津贴。

从教近40年来，共培养博士35人、硕士66人，其中获国家杰出青年基金和长江学者特聘教授3人，全国优博提名2人，IEEE IAS博士论文一等奖1人、三等奖2人，江苏省优博6人、优硕3人，IEEE IAS本科生设计竞赛一等奖2人、二等奖1人，江苏省毕业设计一等奖2人、二等奖1人等；获江苏省研究生教育改革成果一等奖，被评为东南大学首届“十佳我*喜爱的研究生导师”。

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。

　　电机气隙磁场调制统一理论是shou个由中国学者创立的电机新理论；这一电机理论的新突破，不仅为电机的分析计算提供了新思路和新方法，而且给电机拓扑创新提供了一般性原则和方法。
　　——唐任远
　　中国工程院院士

　　电机磁场调制统一理论可以与旋转磁场理论、双反应理论等经典电机学理论相媲美，它统一了包括直流、交流、凸极、隐极、正弦波驱动、方波驱动电机等全类型电机的定性分析与定量计算。
　　——陈清泉
　　中国工程院院士，英国皇家工程院士

　　电机磁场调制统一理论解决了长期困扰学术界的不同极对数磁场产生转矩的机理难题；基于气隙磁场调制理论，可以进一步认识FRPM电机的工作原理。
　　——Zhu Z. Q.（诸自强）
　　英国皇家工程院院士，IEEE Fellow

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 ……………………………………………………………………………