强容错宽调速永磁无刷电机关键技术及应用

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1、推荐2016年度国家技术发明奖公示项目名称：强容错宽调速永磁无刷电机关键技术及应用推荐单位意见：永磁无刷电机具有高效节能等优点，广泛应用于航空航天、军事装备、交通运输等领域。传统永磁无刷电机结构强度弱、有高温失磁风险、磁场无法直接调控等固有因素，导致电机功率密度难以进一步提高、容错性能差、调速范围窄等问题。项目在国家自然科学基金重点项目等10余项国家级项目和40余项省部级和企业攻关课题的资助下，发明了“单边磁场”定子永磁无刷电机及实现技术，揭示并阐明定子永磁无刷电机能量转换机理；发明了定子永磁无刷电机冗余励磁、双通道、容错齿等冗余设计技术和磁场重构、谐波注入等容错控制

2、技术，显著提高了电机系统的容错运行能力；发明了多励磁源设计和磁场在线调控技术与方法，攻克了传统永磁无刷电机调磁困难、运行范围窄的难题。该项目已获授权发明专利30余件。项目成果已成功应用于电动汽车、电梯、发电机组等方面，取得较好的经济与社会效益。经专家鉴定为：“成果整体上达到国际先进水平，在线调磁和非线性变网络等设计与分析理论、转矩脉动抑制与容错控制策略处于国际领先地位”。成果获2013年教育部自然科学一等奖、2015年中国机械工业科学技术一等奖。项目成果引领了永磁无刷电机的发展，推动了电机行业的进步。推荐该项目为国家技术发明奖二等奖。项目简介：电机系统是能源动力、交通

3、运输、高端制造和国防军工等领域重大装备的关键和核心。永磁无刷电机因高效节能等优点在上述领域获得了日益广泛的应用。传统永磁无刷电机的电枢绕组与永磁体分别位于定子和转子，通过二者之间的相对运动实现机电能量转换。位于转子的永磁体冷却困难，高温失磁风险制约了功率密度进一步提高；转子结构强度弱，可靠性低，带故障运行能力差；永磁磁场难以调控，调速范围窄。如何实现永磁电机的功率密度、容错性能和调速范围等综合性能的显著提升，是电机领域的研究难点和关键。本项目历时20年，在国家自然科学基金重点项目等10余项国家级项目、40余项省部级及企业攻关课题资助下，突破传统电机“双边磁场”运行机理

4、的固有模式，提出了“单边磁场”定子永磁无刷电机系统及其实现方法，发明了定子永磁无刷电机强容错和宽调速运行的关键技术。主要技术发明点如下：1、全面掌握了恒定定子励磁与交变转子凸极效应相互作用实现能量转换的内在机理，发明了“单边磁场”定子永磁无刷电机及其实现技术，攻克了传统永磁电机转子机械强度弱，永磁体冷却困难、存在高温失磁风险的难题。2、发明了定子永磁无刷电机冗余热备份设计和容错运行技术，提出了双通道绕组、冗余励磁、容错齿、磁场重构、谐波注入等容错电机设计方法与控制策略，提高了电机系统的容错运行能力。3、发明了定子永磁无刷电机多励磁源设计与磁场在线调控技术，提出了分裂绕

5、组、混合励磁、磁通记忆、动态磁化、在线效率优化等宽调速永磁无刷电机设计方法与控制策略，拓展了电机系统高效运行区域。相关技术通过许可、转让、合作开发等方式应用于电动汽车、电梯、发电机组等，取得了显著的经济与社会效益，同时在XX直线推进系统、飞轮动力系统、大型风电机组等领域展现出广阔发展前景和巨大潜在经济效益；发表SCI论文80余篇，近五年有5篇论文入选ESI高被引论文，在国际上产生重要影响，研究成果得到了英国皇家工程院院士D.Howe、美国通用电气全球研究中心首席工程师A.M.EL-Refaie、IEEE电力电子学会前主席日本东京工业大学H.Akagi等知名同行专家的正

6、面评价；相关成果被广泛收入《EncyclopediaofAutomotiveEngineering》、《电动汽车的新型驱动技术》等著作、教材和百科全书；获2013年教育部自然科学奖一等奖、2015年中国机械工业科学技术一等奖、2009年IETAchievementAward和2014年IETPremiumAward等学术奖励；引领并推动定子励磁型无刷电机成为电机学科新分支，有力促进了相关行业的科技进步。项目第一完成人成为美国电气与电子工程师协会（IEEE）Fellow和英国工程技术学会（IET）Fellow、被IEEE工业应用学会聘为“DistinguishedLec

7、turer”，培养了国家优秀青年基金获得者2人、全国百篇优秀博士学位论文提名奖获得者2人等。客观评价：1、鉴定、验收意见：鉴定委员会认为“研究成果整体上达到国际先进水平，其中在线调磁和非线性变网络等设计与分析理论、转矩脉动抑制与容错控制策略处于国际领先地位”；“推动了定子励磁型无刷电机新分支的建立，丰富和发展了电机理论”；中航工业618所认为“研究成果达到国际先进水平，其中在容错控制领域研究达到国际领先水平，在航空航天等领域具有良好的应用前景”；江苏省高技术研究项目验收专家组认为研究成果“在理论和技术上具有重大创新”。2、国内外获奖：“定子励磁型无刷