“高转矩性能电机及其系统”专题特约主编寄语_赵文祥.pdf

2023 年3 月 电 工 技 术 学 报 Vol.38 No.6 第 38 卷第 6 期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Mar.2023 “高转矩性能电机及其系统”专题 特约主编寄语 航空航天、工业机器人、数控机床等高端装备的快速发展对电机系统的轻量化、控制精度和可靠性提出了更高需求。电机系统的转矩性能水平对上述指标需求具有决定性影响。为实现高转矩密度目标，电机往往工作于高电磁负荷状态，受限于磁性材料和散热条件，电机转矩密度难以进一步突破；此外，电机转矩脉动的抑制往往导致转矩密度下降，高转矩密度和低转矩脉动难以兼顾。另一方面，电机系统集成化发展要求下，电机系统集成度高，多物理因素耦合作用强，电机模型精度差，高品质设计与控制难以实现。在此背景下，高转矩性能电机及其系统已经逐渐成为电机领域的重要研究热点。为了展现国内外学者在高转矩性能电机及其系统研究领域的经验和成果交流，在电工技术学报编辑部以及特约编委的共同努力下，本期“高转矩性能电机及其系统”专题应运而生。本专题得到了国内学者的积极响应，经过专家认真严格评审，专题目前已收录了 9 篇精选论文，研究内容涵盖了电机建模分析、优化设计和高性能控制策略等多个方面，研究对象不仅包括相对传统三相永磁同步电机，也包括多相电机、有限转角力矩电机、音圈电机等多种新型电机及其系统。在电机建模分析方面收录了 2 篇论文。论文考虑磁桥非线性的内置式永磁同步电机空载电磁性能通用解析模型 提出一种将子域法及等效磁路法相结合的通用解析模型，建模速度快、耗时短，计及磁桥饱和，为分析具有不规则永磁体排布结构的内置式电机提供了思路。论文基于双曲余切变换的 Halbach 阵列表贴式永磁电机转子偏心气隙磁场解析模型采用双曲余切变换方法，利用相对磁导函数，通过矢量磁位准确解析计算出 Halbach 阵列表贴式定子开槽、转子偏心永磁电机的空载气隙磁场，可快速评估电机在不同偏心率下气隙磁通密度、不平衡磁拉力、齿槽转矩。在电机优化设计方面收录了 3 篇论文。论文基于分段交错梯形磁极的分数槽集中绕组永磁电机局部切向力的削弱针对分数槽集中绕组永磁电机的局部切向电磁力波，提出了一种分段交错梯形磁极的削弱方法，在保证电机转矩密度的前提下，有效削弱局部切向电磁力引起的振动。论文 高转矩性能多相组永磁电机及其关键技术综述从多相组永磁电机的结构与工作原理、槽极配比与相移角、谐波效能和高可靠设计等角度，全面总结了高转矩性能多相组永磁电机及其关键技术。论文有限转角力矩电机及其研究发展综述详细分析了现有有限转角力矩电机系统，从其原理和特性 1402 电 工 技 术 学 报 2023 年 3 月 出发，全面地阐述了电机的拓扑结构、设计方法、性能优化手段、数学模型、控制方法、应用领域与未来发展方向。在高性能控制策略方面收录了 4 篇论文。论文一种永磁同步电机无模型高阶滑模控制算法提出一种基于扩展非奇异终端滑模扰动观测器的转速环新型无模型非奇异快速终端滑模控制方法，设计无模型非奇异快速终端滑模控制器，增强了系统的鲁棒性，提高了转速的控制精度，并减少了系统抖振。论文一种基于非线性扰动观测器的飞轮储能系统优化充电控制策略提出了一种基于非线性扰动观测器的优化充电控制策略，给出了一种控制器参数设计方法，有效抑制了电机损耗功率和负载功率的影响，满足了飞轮储能系统的工作特性要求。论文基于自学习非线性 PID 的音圈电机精密定位系统设计了基于反正弦函数的自学习非线性 PID 控制器，利用自学习算法对非线性增益函数的增益系数进行实时调整，有效提高了系统的鲁棒性和定位精度，系统对位置指令响应迅速无超调，控制精度达到了亚微米级。论文随机频率三角波注入永磁同步电机无位置传感器降噪控制提出永磁同步电机随机频率高频三角波电压注入法，通过合成随机频率的三角波电压信号并将该随机频率信号注入到估计的转子参考系中，有效降低注入频率处的最大噪声，并拓展高频电流的功率谱密度，降低了高频电流引起的可听噪声。本次专题集中反映了我国学者在高转矩性能电机及其系统领域的最新进展，促进了相关领域的专家学者的学术交流，为高转矩性能电机及其系统的研究理论、方法和应用提供了思考和启发。衷心感谢作者、同行审稿专家、读者等对本专题的支持，特别感谢电工技术学报编辑部为本次专题能够顺利出版付出的辛勤劳动。特约主编：赵文祥 2023 年 3 月