我國在“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要中，將海洋裝備、航空航天等產(chǎn)業(yè)列為國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。水下航行器、共軸反槳航空器等作為海洋和航空航天領(lǐng)域的重要裝備，其性能提升具有重大戰(zhàn)略意義，而它們的關(guān)鍵技術(shù)之一是螺旋槳推進系統(tǒng)。其中，電動力驅(qū)動對轉(zhuǎn)螺旋槳推進技術(shù)因隱蔽性好、機動性強、系統(tǒng)能量損失少、能避免航行器側(cè)滾等優(yōu)點被世界公認為先進高效的螺旋槳推進技術(shù)。

傳統(tǒng)的電動力驅(qū)動對轉(zhuǎn)螺旋槳推進技術(shù)主要包括三種方式：①采用兩臺獨立的普通電機分別驅(qū)動前、后螺旋槳反向旋轉(zhuǎn)，該方法簡單易實現(xiàn)，但體積過大、同步控制困難、成本較高；②采用一臺高速電機加行星差動減速齒輪裝置實現(xiàn)反向旋轉(zhuǎn)，但該對轉(zhuǎn)推進系統(tǒng)噪聲大、機械磨損大且魯棒性與效率低；③采用對轉(zhuǎn)推進電機直接驅(qū)動兩個螺旋槳反向旋轉(zhuǎn)，該結(jié)構(gòu)不再需要復(fù)雜的對轉(zhuǎn)和傳動機構(gòu)，系統(tǒng)集成度高，是今后電動力驅(qū)動對轉(zhuǎn)螺旋槳推進技術(shù)的主要發(fā)展方向。

目前，應(yīng)用較廣的對轉(zhuǎn)推進電機是將常規(guī)永磁電機的定子進行旋轉(zhuǎn)，受等大反向轉(zhuǎn)矩作用的旋轉(zhuǎn)“定子”和永磁轉(zhuǎn)子共同組成對轉(zhuǎn)機構(gòu)，該類對轉(zhuǎn)推進電機結(jié)構(gòu)簡單、效率高、噪聲小，但旋轉(zhuǎn)繞組的存在帶來了電刷滑環(huán)機構(gòu)，降低了系統(tǒng)可靠性，同時旋轉(zhuǎn)繞組散熱困難且動平衡難以保證。因此，對轉(zhuǎn)推進電機的無刷化成為該領(lǐng)域的研究重點。

在無刷對轉(zhuǎn)推進電機的研究方面，按磁通方向不同可分為徑向磁通無刷對轉(zhuǎn)推進電機和軸向磁通無刷對轉(zhuǎn)推進電機。這兩種結(jié)構(gòu)的共同特點是定子在中間、兩個轉(zhuǎn)子置于兩側(cè)，定子繞組交叉繞制，從電的角度看是兩個電機，去除了電刷滑環(huán)機構(gòu)，提升了對轉(zhuǎn)推進系統(tǒng)的可靠性。但兩種結(jié)構(gòu)均存在中間定子繞組散熱困難、雙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩實時精準同步控制復(fù)雜等問題，降低了該類無刷對轉(zhuǎn)推進電機的實用性。

近年來，基于磁場調(diào)制原理去除電機電刷和滑環(huán)的研究理論引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注?；谠撛?，學(xué)者們針對雙轉(zhuǎn)子電機相繼提出了徑向磁通無刷雙轉(zhuǎn)子電機、軸向磁通無刷雙轉(zhuǎn)子電機和無刷多機電端口電機等。而這些拓撲方案中的定子會受電磁轉(zhuǎn)矩作用，且與雙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩存在固定的關(guān)系，并不適用于對轉(zhuǎn)推進領(lǐng)域，但可以為對轉(zhuǎn)電機的無刷化提供新的研究思路。

針對傳統(tǒng)對轉(zhuǎn)推進電機旋轉(zhuǎn)繞組帶來的散熱困難、可靠性差、動平衡難以保證等瓶頸問題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動化學(xué)院的王于濤、隋義、劉國鵬、梁曉宇、鄭萍，在2022年第22期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文，提出一種橫向錯位磁場調(diào)制型無刷雙轉(zhuǎn)子電機（Transverse-Dislocated Magnetic-Field Modulated Brushless Double-Rotor Machine, TDMFM-BDRM）。

圖1  TDMFM-BDRM結(jié)構(gòu)

該電機基于三維磁場調(diào)制原理實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)電機的無刷化，定子位于最外側(cè)且繞組無端部，同時兩個轉(zhuǎn)子受到實時等大反向電磁轉(zhuǎn)矩作用，既解決了旋轉(zhuǎn)繞組造成的發(fā)熱嚴重、可靠性差、動平衡難以保證等問題，也能避免常規(guī)無刷對轉(zhuǎn)電機存在的中間定子繞組散熱困難和雙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩實時同步控制復(fù)雜等問題，非常適用于對轉(zhuǎn)推進領(lǐng)域。此外，TDMFM-BDRM采用無端部的環(huán)形繞組結(jié)構(gòu)，節(jié)省了大量空間。