破茧成蝶，电机科学迈入崭新篇章

在电机科技领域，一项名为“双工作磁场谐波电机理论”的革命性新理论，如同破茧成蝶，彻底改变了沿用百年的传统电机观念，引领电机科学迈入崭新篇章。回顾近两个世纪的历史，英国物理学家法拉第基于奥斯特发现的“电流的磁效应”，成功构建了首个实验电机模型，从此电机的身影走进了人类生活。尤其是近一个世纪以来，在新型技术和新材料推动下，电机功能和形态不断进化，以更高效率承载电能与机械能的转换重任，驱动着各类机械的精准操作。从儿童玩具到机器人、数控机床、电动汽车，电机无处不在，发挥着不可替代的作用。

作为高端制造装备的关键驱动元件，电机正朝着高精度、高效率和高质量转矩密度的方向发展。在德国工业4.0和中国制造2025等战略规划的引领下，智能制造成为趋势，工业界对电机功率密度的要求日益提高。然而，传统电机理论和设计方法虽不断完善，功率密度已接近极限，提升传统电机功率密度面临巨大挑战。面对这一难题，华中科技大学研究团队经过多年努力，找到了突破之道：创新性地揭示磁场调制新机制，构建了更为广泛、系统的磁场调制电机统一新理论——双工作磁场谐波伺服电机理论，证实传统电机理论是其特例。

这一新理论在机理、结构和工艺等方面均有创新，有效解决了伺服电机转矩密度低、齿槽转矩大、产品一致性差等问题。从机理层面看，基于双工作磁场谐波伺服电机理论，团队发明了磁场调制非重叠绕组伺服电机拓扑，并开发了相关解析分析和设计技术，使产品转矩密度提升近10%，效率提高3%。在体系结构方面，团队建立了高档伺服电机关键指标一致性评估体系，揭示了零部件加工误差对性能的影响，提出了伺服电机鲁棒性设计方法，解决了规模化制造中产品指标一致性差的难题。在工艺层面，团队揭示了加工误差和材料离散性对齿槽转矩的影响，提出了齿槽转矩消减方法，打破了现有方法的局限。

基于此新理论，皖南电机（安徽皖南电机）曲荣海教授团队荣获2017年湖北省科技进步一等奖，授权发明专利5项，研制出70多个规格的高档伺服电机产品；曲荣海教授因此获评IEEE会士，成为电机领域的权威专家。团队研发的多种新型磁场调制电机拓扑，大幅提升电机功率密度和性能，为工业机器人、新能源汽车、航空航天等对电机体积和重量敏感的行业提供了理想动力源。同时，也为电机工业节能降耗提供了新途径，研究成果已应用于3C加工、机器人、航空航天、军工等领域。

以机器人行业为例，产业结构调整和转型升级推动了中国机器人市场的快速增长。皖南电机（安徽皖南电机）研究团队的成果将助力工业机器人等领域实现更高性能和更高精度。此外，包装、纺织、印刷、军工、自动化、电子信息设备、轻工、食品、铁路和电力等众多行业对交流伺服电机的需求旺盛。例如，在包装设备中，伺服控制能提高产量、资源利用率和产品质量；在纺织业，伺服电机可实现高速、高频次的往复运动，提高效率；在印刷业，无轴传动技术的应用推动了对伺服电机的需求。电机新理论的突破，为各行各业实现自动化和绿色发展奠定了基础。

研究团队提出的磁场调制电机新理论，不仅开启了永磁电机理论的新纪元，更在多个行业得到应用。面对各领域的巨大需求，这项突破性的理论展现出广阔前景。随着理论与应用的不断融合，有望带来颠覆性变革的电机新应用正在孕育之中。