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欢迎阅读IEEE Transactions on Energy Conversion 2026年issue1推送（第2期/共7期）。本期推送共包含10篇研究论文，内容聚焦于电机设计、散热优化、故障分析、保护策略、高精度建模、先进控制方法、CFD仿真、有限元分析等关键领域，涵盖了从传统汽轮发电机、永磁风力发电机到抽水蓄能机组与特种电机的前沿研究。上述研究为提高设备可靠性、提升功率密度与实现工程化优化提供了实用价值与理论支撑。
本期目录
📖 第1篇：采用交替径向通风系统的汽轮发电机转子内流体流动与传热特性研究
📖 第2篇：整数槽表贴式永磁风力发电机短路故障后去磁转矩脉动研究
📖 第3篇：大型双馈抽水蓄能机组定子短路故障的数学建模方法与主保护配置研究
📖 第4篇：考虑多因素影响的高精度变系数铁耗建模与计算
📖 第5篇：相域中具有恒定导纳矩阵的同步电机多尺度建模
📖 第6篇：考虑饱和与温度效应的永磁同步电机非线性磁路模型
📖 第7篇：基于机械参数预估计的双惯量传动系统动态负载位置误差实时补偿
📖 第8篇：一种新型屏蔽式主动磁轴承的自感知建模与控制
📖 第9篇：轴向磁通无轴承磁滞电机的结构、设计与验证
📖 第10篇：永磁同步风力发电机Z形通道定子通风结构的热流性能研究
📖 第1篇
📌 采用交替径向通风系统的汽轮发电机转子内流体流动与传热特性研究
Investigation of Fluid Flow and Heat Transfer in a Turbogenerator Rotor With Alternating Radial Ventilation System
作者：Weili Li，Tianhuai Qiao，Wenmao Liu，Chunsun Tian，Mingyang Liu，Yang Xiao，Zhiqiang Li
本文关注大型350 MW水-氢-氢冷却汽轮发电机转子绕组在高速运行下的过热与热不平衡问题，提出并验证一种新的通风结构与分析框架。研究以场-路耦合方法为核心，构建了包含交替径向通风槽的全局通风网络模型与三维流固共轭传热模型。技术路线包括：全局网络求解获得区域流量/压力→作为边界条件的三维有限体积流热耦合计算→温度场与换热系数评估。与既有双径向通风槽相比，研究明确了该结构在换热系数提升与接触面积增加上的优势，及其对绕组与铁芯温度分布的影响机理，突出了解决工业机组散热瓶颈的工程目标与约束。
实现细节上，研究先在网络尺度采用逐次迭代法求解风道耦合流量，随后在三维尺度用有限体积法进行流热耦合仿真；关键数值设置包括网格局部加密、壁面函数处理与湍流模型选择等。本文明确标注了关键实现要点：采用逐次迭代网络求解与有限体积流热耦合，并在边界条件耦合中使用稳态/瞬态混合策略以降低计算量。为保证工程可用性，作者还讨论了结构参数敏感性（子槽高度比、分段数、分支宽度比、槽楔出口直径）并给出推荐设计区间，便于后续制造与部署。
实验与数值对比显示，交替径向通风结构在相同风量下表面平均对流换热系数由283 W/m²·K提升至296 W/m²·K，接触面积约增大17%，绕组最高温度由基线下降17.9°C，铁芯最高温度降低14.7°C，现场测试与计算误差最大小于2%。这些量化结果支持该结构在提高机组散热能力与运行可靠性方面的工程价值与适用范围。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11015983
📖 第2篇
📌 整数槽表贴式永磁风力发电机短路故障后去磁转矩脉动研究
Investigation of Post-Demagnetization Torque Ripple in Integer-Slot Surface-Mounted PM Wind Power Generators After Short-Circuit Faults
作者：Yidong Du，Qinghuai Shi，Haolan Zhan，Zekai Lyu，Wenting Wang，Yang Xiao，Liang Chen，Lijian Wu
本文针对整数槽表贴式永磁风力发电机在发生三相短路故障后可能导致的不可逆去磁现象，系统研究了去磁分布规律及其对电机转矩脉动的影响。研究首先建立解析模型描述短路电流产生的去磁激励，揭示了存在一条从永磁极轴线沿转向偏移的最严重去磁线，并指出去磁强度沿径向及圆周两侧递减的空间规律。总体框架包含磁路解析、谐波分析与转矩分解三部分，以便量化齿槽转矩与谐波引起的脉动变化。
实现上，作者结合解析计算与有限元仿真来估算去磁场分布，并提出等效去磁转子用于小尺度试验验证。关键实现要点包括：在仿真中采用等效去磁模型以重现局部磁性能变化，使用谐波分解提取反电动势谐波与齿槽转矩分量，此外在参数化研究中引入永磁体温度作为敏感变量以反映热-磁耦合效应。这些做法确保了理论结论可映射到原型实验。
结果表明：在较低永磁体温度下，随着去磁加剧齿槽转矩减小；而在较高温度条件下，齿槽转矩呈现先减小后增加的非线性趋势。反电动势谐波与由其产生的转矩脉动总体随去磁程度减小；但由于齿槽转矩幅值占优，总转矩脉动趋势与齿槽转矩一致。实验验证采用小样机的等效去磁转子，测量结果与有限元预测吻合良好，支持论文结论并为故障保护与设计提供指导。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11004448
📖 第3篇
📌 大型双馈抽水蓄能机组定子短路故障的数学建模方法与主保护配置研究
Mathematical Modeling Method and Main Protection Configuration for Stator Short-Circuit Fault of Large Doubly-Fed Pumped Storage Unit
作者：Jian Qiao，Linxu Chen，Yikai Wang，Xin Yin，Wenchao Jia，Xianggen Yin，Kai Wang，Haoyuan Yu
面向大型双馈抽水蓄能机组（DFPSU）独特的交流励磁与转子异步运行特性，本文构建了基于支路电压与磁链方程的通用数学模型，用于描述定子短路故障的电磁动态行为与力学后果。研究旨在为制定覆盖面广且具备灵敏度与可靠性的主保护配置提供数学基础。论文在问题定义处明确与传统同步机不同的结构约束，例如无直流励磁、无明显极轭与阻尼绕组等，这些均被纳入建模假设中。
模型实现细节包含：以支路方程与磁链动态方程建立耦合微分方程组，采用数值时域仿真验证稳定性，并在批量场景下模拟不同故障类型与幅值。关键实现要点包括使用动态仿真验证以捕捉短路瞬态，以及采用参数化故障注入以评估保护敏感度。基于模型输出的电气/磁力特征，作者评估并比较了多种保护组合，以优化保护选择。
仿真与统计结果表明，推荐的主保护配置为“零序横差保护 + 裂相横差保护 + 完全纵差保护”或“零序横差保护 + 裂相横差保护 + 双不完全纵差保护”，总体故障动作率可达96.26%。此外，匝间短路分析显示1–2匝小匝数故障占比高达52.66%，而被拒动故障中小匝数占比达93.06%，提示在工程实施中需重点关注微小匝间故障的检测与防护。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11139109
📖 第4篇
📌 考虑多因素影响的高精度变系数铁耗建模与计算
Modeling and Calculation of Iron Loss With Accurate Variable Coefficients Considering Multiple Factors
作者：Liyan Guo，Yan Cheng，Huimin Wang
针对高功率密度永磁同步电机（IPMSM）铁耗占比大且受多因素影响的问题，本文提出了一种综合性的变系数铁耗模型，该模型将磁通密度、交变频率、集肤效应、非线性磁导率与温度等物理因子统一考虑，用以提高铁耗预测精度与工程适用性。研究以8极48槽内置式永磁电机为对象，通过环形试样测试建立损耗系数与工况间的关系，从而将模型参数化为随磁通与频率变化的系数函数。
在实现上，作者基于实验测得的硅钢环样数据做曲线拟合并引入温度补偿系数，将局部铁芯划分为若干区域以匹配磁通分布并分别计算铁耗。关键实现要点包括采用分区磁通映射与基于试样的系数函数以避免高维查表复杂性，从而在仿真与工程计算中兼顾精度与效率。
基于该模型，作者计算出在额定工况下定子铁耗为563.52 W，转子铁耗为221.60 W；并通过磁热耦合仿真将温升预测与实验温升对比，误差小于5%，验证了模型的适用性。该模型可直接用于电机设计阶段的损耗估算与温升预测，指导冷却与材料选择。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11017381
📖 第5篇
📌 相域中具有恒定导纳矩阵的同步电机多尺度建模
Multi-Scale Modeling of Synchronous Machine With Constant Admittance Matrix in Phase Domain
作者：Peng Zhao，Yue Xia，Juan Su，Shaahin Filizadeh，Kai Strunz
为解决同步电机在跨电磁与机电时间尺度仿真中导纳矩阵频繁更新导致的计算负担，本文提出了一种在相域中具有恒定导纳矩阵的多尺度建模方法。通过在相域采用解析信号表达定子方程并进行频移处理，研究消除了交流载波对数值步长的限制；进一步引入人工阻尼绕组来抑制导纳随转子位置变化的耦合，从而实现恒定化处理，形成诺顿等效回路以供系统级仿真使用。
实现层面，作者开发了基于扰动观察法的人工绕组参数自适应设定算法，用以自动平衡模型精度与数值稳定性。具体步骤包括参数扰动→观测响应→迭代调整，确保在毫秒级大步长下仍能稳定逼近微秒级电磁暂态。该方法避免了每步更新导纳矩阵或对电气量做预测，明显降低模型耦合复杂度，便于多机系统仿真集成。
在单相接地、机械转矩突变及多机并网等案例测试中，模型在保证暂态精度的同时，计算效率有显著提升；在典型场景下，仿真步长从微秒级放大到毫秒级后计算量下降显著且结果误差可控，证明该方法适用于含大量同步机与电力电子装置的现代电网分析任务，具有良好工程可用性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11045100
📖 第6篇
📌 考虑饱和与温度效应的永磁同步电机非线性磁路模型
Nonlinear Magnetics Model for Permanent Magnet Synchronous Machines Capturing Saturation and Temperature Effects
作者：Kishan Srinivasan，Fanny A. Pinto Delgado，Heath Hofmann，Jing Sun
本文提出了一种将永磁励磁建模为电流源的非线性磁路方法，以实现磁饱和与转子温度效应的有效解耦。该建模思想通过用非线性电感描述饱和行为，并以可自适应估计的永磁电流(Ipm)表示温度引起的剩磁变化，从而在无需直接测温的情况下对温度影响进行在线跟踪，便于实时控制与状态估计应用。
实现方面，模型仅需两张二维查找表描述非线性饱和特性，结合在线自适应算法更新Ipm参数，显著降低离线标定复杂度。关键实现要点包括采用自适应估计算法实时调整Ipm与利用二维查找表逼近电感非线性，从而满足实时控制器的计算约束并提高预测精度。
通过有限元与实验对比，作者在多种电机构型与工况（如从20°C到120°C的温度变化及深度饱和区域）验证了模型的准确性。在典型验证案例中，新模型在磁链与转矩预测上相较传统磁链源模型误差显著降低，实验数据支持其在高动态与高温漂工况下的实用性，便于实现如无温度传感器的自适应转矩调节等先进控制策略。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11127058
📖 第7篇
📌 基于机械参数预估计的双惯量传动系统动态负载位置误差实时补偿
Real-Time Compensation of Dynamic Load Position Error With Pre-Estimation of Mechanical Parameters for a Two-Inertia Transmission System
作者：Jing Zhou，Kan Liu，Yue Zhang，Yongdan Chen，Wei Hu，Shichao Zhou，Kaiqing Li，Jinya Chen，Huaqiang Cai，Xiaoyan Peng
针对含弹性联轴器的双惯量传动系统中常见的动态负载位置误差（DLPE），本文提出了一种基于预估计机械参数的实时补偿器设计方法，以在无需负载端位置传感器的前提下实现高精度负载跟踪。研究从问题定义、参数辨识方法到补偿器结构完整阐述，强调在工业机器人与新能源汽车等场景中的可实施性与成本优势。
具体实现包括：使用恒定加速度法与正弦扰动注入辨识系统总惯量和电机转子惯量，采用快速扫频法识别固有频率以计算扭转刚度。补偿器实时利用电机位置信号与q轴电流估算DLPE并将其叠加回位置反馈，形成不依赖负载编码器的闭环等效控制，关键实现要点为参数预估计精度与实时计算延迟控制。
实验在双惯量传动台架上进行，斜坡与正弦跟踪结果显示在2 N·m负载下负载跟踪误差RMS可达约0.23°，与依赖负载端编码器的方案性能相当，并显著优于传统电机位置反馈方案。该方法通过软件传感器替代物理测量，在降低成本与简化机械布局方面具有明确工程意义。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11029145
📖 第8篇
📌 一种新型屏蔽式主动磁轴承的自感知建模与控制
Self-Sensing Modeling and Control of a Novel Canned Active Magnetic Bearing
作者：Rui Zhang，Ning Wang，Wei Hao，Liwei Song
为使磁轴承能够在易燃、腐蚀性液体等恶劣环境中可靠工作，本文提出一种借鉴屏蔽电机结构的屏蔽式主动磁轴承（CAMB），并围绕自感知技术开展建模與控制研究。问题定义涵盖屏蔽套引起的等效气隙增大、涡流效应与边缘漏磁对位移估计的影响，目标是以无传感器的方式实现高精度位移反馈并保证动态悬浮性能。
在方法实现上，作者建立了包含气隙边缘效应、磁饱和与涡流影响的自感知模型，并提出基于PWM电流纹波幅值解调的位移估计策略。关键实现要点为对电流/电压信号进行基波幅值比提取与动态磁导率建模，以补偿涡流和屏蔽套磁阻的动态影响；此外提出了双绕组协同估计以缓解单侧饱和带来的误差。
实验平台验证显示，静态估计最大误差仅为5 μm，动态悬浮在3000 rpm工况下与基于ECDS的系统比较振动幅值增加小于15%，且能实现稳定悬浮与抗冲击扰动。该方案在降低成本、体积并提升恶劣环境适应性方面具有显著工程价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11113488
📖 第9篇
📌 轴向磁通无轴承磁滞电机的结构、设计与验证
Structure, Design and Verification of Axial Flux Bearingless Hysteresis Motor
作者：Bo Gao，Yuan Cheng，Haodong Sun，Kai Yao，Zhenze Zhao，Shumei Cui
面向人工心脏等对清洁度与长期可靠性要求极高的生物医学应用，本文提出并验证了一种轴向磁通无轴承磁滞电机的对称定子构型，旨在用实心转子和主动磁悬浮替代永磁体轴承带来的封装复杂性与污染风险。结构设计将驱动与倾斜控制绕组叠置于定子齿上，从而在一个紧凑的形式中实现扭矩驱动與五自由度悬浮控制。
设计与实现细节包括磁路建模、三维有限元仿真与PID双闭环控制策略的工程实现。关键实现要点为采用双绕组叠置以分别输出转矩与倾斜力，并通过气隙与电流幅值调节来平衡磁滞效应，控制器调参时注重悬浮稳定性与扭矩输出的折中，以满足血泵工况的动态要求。
原理样机在甘油-水混合液中试验成功实现稳定悬浮，在1000 rpm下实测输出扭矩约为35 mN·m，倾斜角控制在±0.05°，展示了相对于径向磁通构型在扭矩密度上的数量级提升。该研究为磁滞电机在医疗驱动器件中的实际应用提供了可行路径。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11080340
📖 第10篇
📌 永磁同步风力发电机Z形通道定子通风结构的热流性能研究
Thermal-Flow Performance of Stator Ventilation Structure Featuring Z-Shape Channels in Permanent Magnet Synchronous Wind Generators
作者：Lijian Wu，Haoyu Zhou，Jiawen Zhang，Yang Shi，Jin Li
为提升海上大功率永磁同步风力发电机（PMSWG）的功率密度，本文提出在定子铁芯内嵌入Z形连续通道以替代传统径向分段风道，从而在不分割铁芯的前提下形成有效冷却通路。研究以3.2 MW中速机组为对象，结合三维有限元电磁仿真与CFD热流分析对比评估两种通风结构的流场与温度场差异，目标是实现更均匀的散热与更小的温升。
实现细节包含采用三种硅钢片叠压工艺在轭部与齿部形成Z形通道，并在CFD中设置相同入口风量与边界条件进行对比仿真。关键实现要点为入口圆角优化以降低局部压损、基于流场稳定性选择通道截面以抑制回流与尾迹、并使用分区温度耦合评估磁钢与绕组热响应。
仿真表明在入口风量1.60 m³/s下，Z形通道使定子铁芯平均温度由107.5°C降至95.0°C，绕组平均温度由110.4°C降至101.9°C，并能在相同风扇功率下将绕组电流从2900 A提升至3170 A，对应转矩与输出功率分别提高约8.14%与8.07%。小型样机试验亦验证了最高温升降低约2.7°C的优势。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11004447
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