围绕旋转机械机-磁-电耦合建模分析与应用问题，本书从分析模型、耦合特性、电流分析与故障诊断等方面，系统介绍了最新的研究成果，主要内容包括：提出基于集中参数和等效磁路的耦合分析模型，开展永磁直驱发电机和非晶合金电机的磁-固耦合特性研究，分析非理想偏心电机转子耦合动力学；在此基础上，研究多种机械故障(包括电机轴承故障、行星齿轮系统故障和行星齿轮轴承故障)对定子电流的影响，通过灵敏度分析辨识故障特征频谱；开展基于定子电流的行星齿轮系统故障诊断，以平均分类准确率和混淆矩阵为指标研究不同分类模型的诊断表现。
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国家自然科学基金面上项目"高速动载角接触滚动轴承打滑机理研究"，项目编号11872222，负责人
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 定/转子气隙偏心 2
1.2.2 磁饱和 3
1.2.3 机-磁-电耦合建模 4
1.2.4 含机械故障的定子电流分析 7
1.2.5 基于定子电流的故障诊断 9
1.3 本书主要内容 10
参考文献 13
第2章 基于集中参数的耦合分析模型 25
2.1 偏心转子气隙建模 25
2.1.1 二维气隙偏心建模 25
2.1.2 三维气隙偏心建模 27
2.2 偏心转子动力学耦合模型 32
2.2.1 二维偏心转子动力学建模 32
2.2.2 三维偏心转子动力学建模 34
2.3 偏心转子动力学响应分析 35
2.3.1 二维偏心动力学建模 35
2.3.2 三维偏心动力学建模 47
2.4 本章小结 55
参考文献 56
第3章 等效磁路耦合分析模型 58
3.1 定/转子电磁参数 58
3.1.1 定/转子磁导 59
3.1.2 气隙磁导 61
3.1.3 漏磁电感 62
3.1.4 转子电阻 63
3.2 机-磁-电耦合方程组 64
3.2.1 节点磁势方程 64
3.2.2 磁链方程 67
3.2.3 磁链微分方程 70
3.2.4 转子微分方程 71
3.3 模型验证 72
3.3.1 电机参数 72
3.3.2 有限元验证 72
3.4 本章小结 74
参考文献 74
第4章 永磁直驱发电机的磁-固耦合特性 76
4.1 气隙磁场强度 76
4.1.1 共形映射 76
4.1.2 等效磁路 78
4.2 磁-固耦合分析 82
4.2.1 等效电磁刚度 82
4.2.2 动态特性计算 83
4.3 模型验证 85
4.3.1 有限元分析 85
4.3.2 模态测试 87
4.4 分析与讨论 91
4.4.1 空载工况 91
4.4.2 负载工况 92
4.4.3 气隙长度的影响 94
4.4.4 转速的影响 94
4.5 本章小结 95
参考文献 96
第5章 非晶合金电机的磁-固耦合特性 97
5.1 含齿槽的偏心气隙磁场分布 97
5.1.1 理论建模 97
5.1.2 方法验证 101
5.2 非晶定子铁心径向振动的动力学模型 103
5.3 分析与讨论 109
5.4 本章小结 114
参考文献 114
第6章 非理想偏心电机转子耦合动力学 116
6.1 形状偏差时偏心转子耦合模型 116
6.1.1 形状偏差引起的电磁激励 116
6.1.2 动力学模型 120
6.1.3 结果分析 122
6.2 磁饱和时偏心转子耦合模型 126
6.2.1 磁饱和电磁激励模型的建立 126
6.2.2 考虑磁饱和的转子系统电磁耦合建模 130
6.2.3 动力学响应分析 132
6.2.4 系统稳定性分析 136
6.3 本章小结 141
参考文献 141
第7章 含电机轴承故障的定子电流分析 144
7.1 电机轴承故障动力学建模 144
7.1.1 局部故障引起的附加径向间隙 144
7.1.2 转子-轴承系统振动方程 147
7.1.3 非均匀时变气隙长度 147
7.2 含局部故障的定子电流分析 148
7.2.1 外圈剥落 149
7.2.2 内圈剥落 151
7.2.3 滚珠剥落 151
7.3 与测试结果的对比 153
7.4 故障尺寸影响的定量分析 156
7.5 本章小结 158
参考文献 159
第8章 含行星齿轮系统故障的定子电流分析 160
8.1 感应电机-行星齿轮系统动力学建模 160
8.1.1 扭转振动模型 160
8.1.2 考虑局部缺陷的时变啮合刚度 162
8.2 含局部故障的定子电流分析 166
8.2.1 太阳轮削齿故障 167
8.2.2 行星齿轮削齿故障 168
8.2.3 齿圈削齿故障 168
8.3 与测试结果的对比 169
8.4 故障尺寸影响的定量分析 175
8.5 本章小结 177
参考文献 178
第9章 含行星齿轮轴承故障的定子电流分析 180
9.1 感应电机-行星齿轮系统动力学建模 181
9.1.1 横向-扭转振动模型 181
9.1.2 时变啮合刚度 183
9.1.3 考虑局部故障的行星齿轮轴承非线性支承力 184
9.2 含局部故障的定子电流分析 186
9.2.1 行星齿轮轴承内圈剥落 188
9.2.2 行星齿轮轴承外圈剥落 189
9.2.3 行星齿轮轴承滚子剥落 189
9.3 与测试结果的对比 190
9.4 故障尺寸影响的定量分析 193
9.5 本章小结 194
参考文献 195
第10章 基于定子电流的行星齿轮系统故障诊断 196
10.1 定子电流故障机理 196
10.2 基于奇异谱重构的信号预处理 199
10.3 特征提取与分类模型 200
10.3.1 主成分分析 200
10.3.2 传统机器学习模型 201
10.3.3 一维卷积神经网络 201
10.4 故障分类试验 203
10.4.1 试验装置与数据集 203
10.4.2 信号分析 204
10.4.3 分类结果 205
10.5 本章小结 210
参考文献 210
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