高可靠开关磁阻电机系统

主要完成人：王双红、甘醇、孙剑波、曲荣海

航空航天、工程机械装备领域的创新发展是国家重点发展目标。高可靠电机系统是保障航空安全及工程机械安全作业的关键核心部件，自主研制高可靠电机系统对于保障我国高端装备自主化、建设科技强国具有重要战略意义。开关磁阻电机具有转子无绕组、无永磁体、结构简单坚固、调速范围宽等优点，特别适用于航空航天、工程机械等特种装备领域。

美国航天局和美国空军均把开关磁阻电机系统定为航空主电源首选方案，已列装第五代先进战机；国际重工龙头企业美国卡特彼勒、日本小松等，均以开关磁阻电机系统为驱动核心，相继推出了多款重型电动工程机械明星产品，高端型号对我国禁运、禁售，核心技术长期对我国封锁。

高可靠开关磁阻电机系统自主研发面临电机振动大、转矩脉动大，以及复杂环境下电机传感器误差/失效等技术难题，因此，亟需突破开关磁阻电机核心技术，打破国外长期技术封锁与垄断，提升国防安全与高端装备竞争力。

在国家重大专项、国家863计划、国家自然科学基金等项目的支持下，王双红教授团队突破了上述技术难题，实现了系统集成创新，取得了一系列具有完全自主知识产权的重要科技创新成果。

开关磁阻电机特殊的双凸极与集中绕组结构，造成电机振动大与热优化困难。针对上述问题，团队提出了高可靠开关磁阻电机优化设计方法，构建了多电磁谐波特征下的电机损耗计算与热优化技术，研发了国内首个开关磁阻电机综合设计专用软件平台SRDCAD，集前期设计、性能计算、参数优化、有限元分析及性能仿真于一体。

极端环境下开关磁阻电机的热优化与设计平台

对于传统电流斩波、单脉冲控制带来的换相区间可控性弱、转矩脉动大的问题，团队揭示了转矩脉动产生机理，阐明了电流换相对转矩脉动的影响规律，提出了转矩自适应在线补偿技术，解决了转矩脉动大的技术难题，实现了开关磁阻电机系统的高效高可靠转矩调控。

开关磁阻电机转矩脉动在线补偿技术

开关磁阻电机控制高度依赖电流与位置信号，在航空航天、工程机械等恶劣复杂环境下，电流与位置传感器易出现非线性误差，甚至发生故障失效，严重影响系统的稳定可靠运行。针对上述问题，团队提出了开关磁阻电机的全速域电流与位置信号重构技术，解决了电机传感器故障问题，保障了复杂环境下电机系统的长期稳定可靠运行。

开关磁阻电机绕组电流在线重构技术

基于以上成果，团队发表学术论文113篇，其中IEEE汇刊论文36篇，授权发明专利28项，出版专著2部，并成功研制系列产品。研制的开关磁阻电机起动/发电系统，应用于新型导弹、无人飞机等国防装备，保障了极端环境下航空供电系统的高可靠稳定运行；研制的开关磁阻电机驱动系统，应用于重型电动装载机、井下防爆工程车等工程机械装备，突破了国际重工巨头的技术封锁，实现了军民融合应用。

开关磁阻电机装备的主要应用领域

综上，针对国防等特种装备的重大需求，团队突破了高可靠开关磁阻电机系统关键技术，实现了成果的军民融合应用，填补了国防军工领域的应用空白，打破了其在重型电动工程机械领域的国外技术封锁。成果促进了开关磁阻电机技术进步，为国防与高端工程装备的高可靠应用做出了重要贡献。