電機(jī)是第一次工業(yè)革命的產(chǎn)物，誕生于19世紀(jì)30年代，至今已有180余年的歷史。與其同期出現(xiàn)的蒸汽機(jī)、電報(bào)機(jī)、白熾燈等，已被不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)所取代而逐步退出歷史舞臺(tái)，而電機(jī)不僅呈現(xiàn)出頑強(qiáng)的生命力，成為近代工業(yè)革命的活化石，還不斷煥發(fā)新的生機(jī)，電機(jī)理論與技術(shù)的不斷完善、發(fā)展和創(chuàng)新從未止步。近年來(lái)，隨著電機(jī)材料技術(shù)、加工制造技術(shù)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，新原理、新結(jié)構(gòu)電機(jī)層出不窮，應(yīng)用也日益廣泛。定子永磁無(wú)刷電機(jī)便是眾多創(chuàng)新成果中的杰出代表之一。以程明教授為首的科研團(tuán)隊(duì)是國(guó)際上最早開(kāi)展定子永磁無(wú)刷電機(jī)研究的團(tuán)隊(duì)之一，20多年來(lái)，為定子永磁無(wú)刷電機(jī)理論與技術(shù)的發(fā)展、豐富和不斷完善做出了卓越貢獻(xiàn)。

程明，博士、東南大學(xué)電氣工程院教授、博士生導(dǎo)師，IEEE Fellow 和 IET Fellow。主要研究方向?yàn)槲⑻仉姍C(jī)及測(cè)控系統(tǒng)、新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)控制、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、伺服電機(jī)及控制等。主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家973計(jì)劃課題、863計(jì)劃課題等各類(lèi)項(xiàng)目60余項(xiàng)；獲授權(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利130余件、PCT 專(zhuān)利3件；發(fā)表學(xué)術(shù)論文400余篇(SCI 收錄220余篇)，出版《微特電機(jī)及系統(tǒng)》等多部專(zhuān)著。程明領(lǐng)銜的《強(qiáng)容錯(cuò)寬調(diào)速永磁無(wú)刷電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用》項(xiàng)目獲2016年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

電機(jī)系統(tǒng)作為重要的能源動(dòng)力裝備和重大基礎(chǔ)裝備的關(guān)鍵與核心，其性能直接決定了裝備的運(yùn)行品質(zhì)。特別是航空航天、電動(dòng)汽車(chē)、軌道交通、機(jī)器人等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的功率密度、效率、可靠性、調(diào)速范圍等性能指標(biāo)提出了更高要求。永磁無(wú)刷電機(jī)因效率高、功率密度高等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，應(yīng)用日益廣泛。但傳統(tǒng)永磁無(wú)刷電機(jī)將永磁體置于轉(zhuǎn)子，常需要采取加固措施以克服高速旋轉(zhuǎn)的離心力，降低了可靠性，且磁場(chǎng)難以控制，調(diào)速范圍較窄。

▲ 典型的永磁無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子拓?fù)?/p>

20世紀(jì)90年代初，國(guó)際上出現(xiàn)了一類(lèi)將永磁體置于定子的“定子永磁無(wú)刷電機(jī)”，其顯著特點(diǎn)是：電樞繞組和永磁體均位于定子，可方便地對(duì)電樞繞組和永磁體直接冷卻以控制其溫度，并易于通過(guò)“永磁+電勵(lì)磁”等措施實(shí)現(xiàn)無(wú)刷電機(jī)的寬范圍調(diào)速；凸極轉(zhuǎn)子上既無(wú)永磁體，也無(wú)繞組，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。

隨著以釹鐵硼為代表的新型稀土永磁材料的出現(xiàn)和功率電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論的發(fā)展，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，陸續(xù)出現(xiàn)了三種新型結(jié)構(gòu)的定子永磁無(wú)刷電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：

雙凸極永磁電機(jī)(doubly-salient permanent magnet machine, DSPM 電機(jī))；

磁通反向永磁電機(jī)(flux reversal permanent magnet machine, FRPM 電機(jī))；

磁通切換永磁電機(jī)(flux-switching permanent magnet machine, FSPM 電機(jī))。

▲ 新型定子永磁無(wú)刷電機(jī)

作者團(tuán)隊(duì)是國(guó)際上最早開(kāi)展定子永磁無(wú)刷電機(jī)研究的團(tuán)隊(duì)之一，并于1995年獲得該方向第一個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。20多年來(lái)，作者團(tuán)隊(duì)深入研究了定子永磁無(wú)刷電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法、電磁特性、參數(shù)計(jì)算、控制策略、應(yīng)用規(guī)律等，發(fā)現(xiàn)并解決了多項(xiàng)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，形成了一系列關(guān)鍵核心技術(shù)，取得了一系列理論與技術(shù)創(chuàng)新成果，在國(guó)際上最早提出了“定子永磁電機(jī)”的概念，得到國(guó)內(nèi)外同行的廣泛認(rèn)可。

▲ 作者團(tuán)隊(duì)研制的五相磁通切換永磁電機(jī)

20多年來(lái)，團(tuán)隊(duì)在定子永磁無(wú)刷電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域完成博士學(xué)位論文16篇、碩士學(xué)位論文25篇，共發(fā)表了200余篇期刊論文(包括100余篇國(guó)際期刊論文)，獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利80余件。相關(guān)成果獲2016年國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、2015年中國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、2013年教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、2019年江蘇省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、2017年中國(guó)專(zhuān)利優(yōu)秀獎(jiǎng)、2017年江蘇省專(zhuān)利項(xiàng)目獎(jiǎng)金獎(jiǎng)，以及2009年、2014年IET Premium Award 等學(xué)術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)，并獲全國(guó)百篇優(yōu)秀博士學(xué)位論文提名獎(jiǎng)2篇、江蘇省優(yōu)秀博士學(xué)位論文5篇。

《定子永磁無(wú)刷電機(jī)：理論、設(shè)計(jì)與控制》（程明，花為著．北京：科學(xué)出版社，2021. 3）是作者團(tuán)隊(duì)20多年研究成果的提煉和總結(jié)。相關(guān)研究工作得到30余項(xiàng)科研基金和項(xiàng)目的資助，包括：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)課題“高可靠性電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與容錯(cuò)控制”(2013CB035603)，國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“定子永磁型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵基礎(chǔ)問(wèn)題”(51137001)，國(guó)家自然科學(xué)基金海外及港澳學(xué)者合作研究基金項(xiàng)目“新型電機(jī)與特種電機(jī)”(50729702)，國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目“新能源汽車(chē)用新型電機(jī)系統(tǒng)”(51322705)，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“雙凸極變速永磁電機(jī)及其控制系統(tǒng)之理論研究”(59507001)等。

我與程明教授相識(shí)多年，見(jiàn)證了其科研團(tuán)隊(duì)20多年的研究歷程，他們?cè)诙ㄗ佑来艧o(wú)刷電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換機(jī)理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)模型、電磁設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、磁場(chǎng)控制、損耗計(jì)算與溫度場(chǎng)分析、可靠性分析和容錯(cuò)控制等關(guān)鍵技術(shù)與理論方面取得的豐富成果創(chuàng)新性強(qiáng)，推動(dòng)了“定子永磁無(wú)刷電機(jī)”新分支的建立。

該書(shū)是作者及其團(tuán)隊(duì)多年研究成果的集中提煉和總結(jié)，系統(tǒng)闡述了定子永磁無(wú)刷電機(jī)的基礎(chǔ)理論，詳細(xì)介紹了定子永磁無(wú)刷電機(jī)設(shè)計(jì)與控制中的關(guān)鍵技術(shù)。內(nèi)容涵蓋了電機(jī)原理、結(jié)構(gòu)和性能分析，電磁和熱特性分析，電機(jī)本體和控制系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)型和直線型定子永磁電機(jī)等多個(gè)方面。書(shū)中所闡述的許多理論和方法，如等效磁網(wǎng)絡(luò)建模理論與方法、永磁電機(jī)損耗計(jì)算模型、溫度場(chǎng)-熱路直接耦合方法、容錯(cuò)控制策略等，不僅適用于定子永磁電機(jī)，而且可推廣應(yīng)用于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)等多類(lèi)電機(jī)。

該書(shū)內(nèi)容豐富，條理清晰，自成體系，特色鮮明，是電機(jī)領(lǐng)域一部難得的高水平學(xué)術(shù)著作。該書(shū)的出版對(duì)豐富和發(fā)展電機(jī)理論、促進(jìn)我國(guó)裝備制造業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。