一種更為廣泛的、系統(tǒng)性的磁場調(diào)制電機統(tǒng)一新理論——雙工作磁場諧波電機理論突破了有著一個多世紀(jì)歷史的傳統(tǒng)電機理論，開辟了電機理論的新紀(jì)元。

將近兩個世紀(jì)之前，英國著名物理學(xué)家法拉第根據(jù)物理學(xué)家奧斯特所發(fā)現(xiàn)的“電流的磁效應(yīng)”，制成了第一個實驗電機模型，讓電機的概念從此走進人們的視線。尤其是最近一個多世紀(jì)以來，隨著各種新型技術(shù)的發(fā)展和新材料的層出不窮，電機的機理和形態(tài)不斷演化，以越來越高的效率，忠實地履行著電能與機械能轉(zhuǎn)換的職責(zé)，驅(qū)動機器進行精準(zhǔn)的操作。如今，小到孩子手中的電動玩具車，大到機器人、數(shù)控機床、電動汽車等，電機都在其中發(fā)揮著不可替代的作用。

電機作為高端制造裝備的核心驅(qū)動部件，正朝著高精、高效和高轉(zhuǎn)矩密度的方向發(fā)展。隨著德國工業(yè)4.0、中國制造2025等發(fā)展規(guī)劃的出臺，智能制造已是大勢所趨，因此，當(dāng)今工業(yè)界對電機的功率密度提出了越來越高的要求。然而，隨著傳統(tǒng)電機分析理論和設(shè)計方法及設(shè)計手段的不斷完善，電機的功率密度已接近上限，進一步提高傳統(tǒng)電機的功率密度十分困難。為此，世界制造強國都投入大量資源進行研發(fā)，但進展均十分緩慢。中國伺服電機產(chǎn)業(yè)受限于早期薄弱的基礎(chǔ)工業(yè)，在材料特性、加工工藝和制造水平方面與國際先進技術(shù)存在明顯差距，導(dǎo)致伺服電機轉(zhuǎn)矩密度、控制精度和產(chǎn)品一致性等關(guān)鍵指標(biāo)迫切需要提升，面臨的難度更大。

面對這樣的困境，華中科技大學(xué)研究團隊經(jīng)過多年潛心研究，找到了一條獨特的解決之道：創(chuàng)新性地發(fā)現(xiàn)了磁場調(diào)制新機理，建立了更為廣泛的、系統(tǒng)性的磁場調(diào)制電機統(tǒng)一新理論——雙工作磁場諧波伺服電機理論，并證明傳統(tǒng)電機理論是磁場調(diào)制電機統(tǒng)一新理論的一個特例。豪不夸張地說，這一新理論突破了有著100多年歷史的傳統(tǒng)電機理論，開辟了電機理論的新紀(jì)元。

具體來說，新的磁場調(diào)制電機統(tǒng)一理論在機理、結(jié)構(gòu)、工藝等方面均有新的突破，能夠有效解決伺服電機轉(zhuǎn)矩密度低、齒槽轉(zhuǎn)矩大、產(chǎn)品一致性差等問題

從機理的角度來看，基于在國際上首次建立的雙工作磁場諧波伺服電機理論所發(fā)明的磁場調(diào)制非重疊繞組伺服電機拓撲，以及所開發(fā)的磁場調(diào)制非重疊繞組伺服電機解析分析及設(shè)計技術(shù)，研究團隊提出的通用電機設(shè)計準(zhǔn)則，使相關(guān)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)矩密度提高了近10%，效率提高3%。從體系結(jié)構(gòu)的角度來看，研究團隊建立了高檔伺服電機關(guān)鍵指標(biāo)一致性評估體系，揭示了伺服電機零部件加工誤差對綜合性能的影響規(guī)律，提出了綜合電、磁、熱、機及材料特性的伺服電機魯棒性設(shè)計方法，為規(guī)?；圃熘挟a(chǎn)品指標(biāo)一致性差的難題提供了解決方案。從工藝角度來看，研究團隊通過揭示伺服電機加工誤差、材料離散性對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響規(guī)律和作用機理，提出了涉及空域量級差的齒槽轉(zhuǎn)矩消減方法，打破了現(xiàn)有齒槽轉(zhuǎn)矩消減方法對加工精度和材料一致性的高度依賴。實際效果顯示，產(chǎn)品齒槽轉(zhuǎn)矩比降低至0.59%，達到國際先進水平。

基于磁場調(diào)制電機新理論，曲榮海教授所帶領(lǐng)的研究團隊獲得了2017年湖北省科技進步一等獎，獲授權(quán)發(fā)明專利5項，研制了70多個規(guī)格的高檔伺服電機產(chǎn)品；曲榮海教授因此獲評IEEE會士（IEEEFellow，是IEEE最高等級會員，在學(xué)術(shù)科技界被認(rèn)定為權(quán)威的榮譽和重要的職業(yè)成就，每年由同行專家在做出突出貢獻的會員中評選出來，當(dāng)選人數(shù)不超過IEEE會員總?cè)藬?shù)的0.1%）。

研究團隊發(fā)明的多種新型磁場調(diào)制電機拓撲族，可大幅（甚至成倍）增加電機的功率密度，提高電機性能，為對電機體積和重量較為敏感的行業(yè)（如工業(yè)機器人、新能源汽車、航空航天、新能源發(fā)電、伺服系統(tǒng)等）提供了絕佳的動力源；同時也為電機工業(yè)的節(jié)能降耗提供了良好手段，研究成果已成功應(yīng)用于3C加工、機器人、航空航天、軍工等高精尖領(lǐng)域。

以交流伺服電機應(yīng)用極為廣泛的機器人行業(yè)為例，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)型升級步伐加快的現(xiàn)狀極大地帶動了中國機器人市場的需求和機器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示，2010年中國進口機器人2.34萬臺，同比增長130%；2011年進口機器人3.8萬臺，同比增長62%。隨后，工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，發(fā)展高端制造裝備、智能制造裝備等一系列有利于機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)劃政策也在這一時期先后出臺，為中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的良好環(huán)境。通常每臺工業(yè)機器人擁有多個自由度，往往需要5臺以上的電機，因此研究團隊的成果將大有用武之地。

除此之外，包裝、紡織、印刷、軍工、自動化、電子信息設(shè)備、輕工行業(yè)、食品、鐵路和機車車輛工業(yè)、電力工業(yè)等也呈現(xiàn)出了對交流伺服電機的旺盛需求。

例如，包裝設(shè)備上，采用伺服控制可以提高單位時間的產(chǎn)量、提高資源利用率、增加品種適應(yīng)性和提高產(chǎn)品質(zhì)量，因此交流伺服在包裝機械上的應(yīng)用規(guī)模也在逐步擴大。在紡織業(yè)，劍桿機、經(jīng)編機、卷繞機、繡花機、圓機、橫機、轉(zhuǎn)杯紡紗機等眾多紡織設(shè)備往往都要采用伺服電機完成高速、高頻次的往復(fù)運動，并在高速運動過程中實現(xiàn)快速平穩(wěn)換向；電流沖擊小、能量轉(zhuǎn)換效率高的特點使得伺服電機在紡織行業(yè)的應(yīng)用呈現(xiàn)逐步放大的趨勢。隨著無軸（電子軸，即用多個單獨的伺服電機取代傳統(tǒng)的機械傳動鏈）傳動技術(shù)在印刷機上的應(yīng)用越來越廣泛，印刷業(yè)成為對伺服電機要求頗高的需求大戶。交流伺服電機在軍工領(lǐng)域的應(yīng)用也極為廣泛，可用于雷達、各種火炮、飛機、坦克、艦艇等運動部件的驅(qū)動控制之中，取代目前的人工或液壓伺服，大大提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度，大幅提高武器、裝備的性能。此外，制造業(yè)在人口紅利逐步消失境況下的自動化轉(zhuǎn)型升級，以及能源短缺和環(huán)境污染雙重壓力下的節(jié)能趨向，使得將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的主要執(zhí)行部件——電機成為各行各業(yè)實現(xiàn)自動化和綠色發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

研究團隊提出的磁場調(diào)制電機新理論開啟了永磁電機理論的新紀(jì)元，現(xiàn)已惠及多個行業(yè)；與此同時，上述各領(lǐng)域的巨大需求則表明，這項突破傳統(tǒng)的磁場調(diào)制電機新理論擁有著廣闊的前景。隨著理論與實際應(yīng)用不斷碰撞出新的火花，也許就在此刻，有望帶來顛覆性變革的電機新應(yīng)用已在醞釀之中。