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欢迎阅读IEEE Transactions on Energy Conversion期刊2025年issue3最新文章推送（第1期/共8期）。本期推送共包含10篇研究论文，聚焦于电机系统优化设计、故障诊断与容错控制、电池健康状态估计等关键技术领域，涵盖了永磁同步电机、双三相电机、磁通反向电机等多种电机类型的性能提升与可靠性研究，以及电力系统仿真与电池管理的前沿方法，为工业电子领域的高性能与高可靠性应用提供了重要理论支撑和技术方案。
本期目录
📖 第1篇：基于不精确区间的弱监督电池健康状态估计
📖 第2篇：双三相永磁同步电机开路故障下的振动抑制研究
📖 第3篇：磁通反向永磁电机转矩提升与磁体减量化研究
📖 第4篇：制造公差与转子偏心对齿槽转矩的耦合效应研究
📖 第5篇：基于反馈线性化输出匹配控制的同步发电机仿真技术
📖 第6篇：高速永磁同步发电机悬浮性能与容错原理研究
📖 第7篇：基于代理辅助自适应设计优化的磁流变液制动集成轴向磁通永磁电机及其不同制动转矩比研究
📖 第8篇：考虑绕组电势相位分布的汽轮同步发电机定子短路故障建模方法
📖 第9篇：基于非对称节距的双三相永磁电机短路电流抑制技术及其高可靠性应用
📖 第10篇：基于伪坐标的永磁同步电机变转速工况下匝间短路故障诊断方法
📖 第1篇
📌 基于不精确区间的弱监督电池健康状态估计
Weakly Supervised Battery SOH Estimation With Imprecise Intervals
作者：Tianjing Wang，Ren Chao，ZhaoYang Dong，Lei Feng
随着电动汽车的快速发展，锂离子电池的健康状态（SOH）精确估计成为电池管理系统（BMS）的核心技术挑战。传统数据驱动方法虽然在实验室环境下表现出优异的预测性能，但在实际电动汽车运行场景中面临三大瓶颈：测量精度不足导致标签噪声、不完整充放电循环造成数据缺失，以及电池老化物理约束的建模困难。本文创新性地提出了一种融合不精确区间的弱监督SOH估计方法。该方法首次系统量化了不同误差源对SOH参考值计算的影响，包括低采样精度、不完整充放电周期及车载运行条件等复杂因素。通过构建自适应经验电池老化模型，能够动态评估不精确区间内标签与真实值的吻合程度，并为不同标签分配差异化权重。
技术框架包含三个核心创新点：首先，针对测量误差设计的不精确区间计算技术，可有效容纳各类潜在误差源；其次，基于经验模型的加权损失函数，使模型更关注符合物理规律的标签；最后，引入合理性校正机制，采用区间约束和原理约束双重保障预测值的物理合理性。
实验验证采用NASA、牛津大学等多个真实电池数据集，结果表明：在采样间隔达10秒、放电中断时间达1000秒的极端车载环境下，该方法仍能保持0.0159的预测误差，显著优于传统机器学习方法。特别值得注意的是，Transformer-LSTM混合网络架构在捕捉电池容量再生等非线性特征方面表现突出。该研究首次实现了在弱监督条件下对电池SOH的精准估计，大幅降低了对精确标注数据的依赖，为电动汽车电池管理系统的实际部署提供了可靠技术支撑。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10887016
📖 第2篇
📌 双三相永磁同步电机开路故障下的振动抑制研究
Vibration Suppression for Dual Three-Phase PMSM With Open-Circuit Fault
作者：Wenxiang Zhao，Chen Wang，Jinghua Ji，Xinxing Zhang，Yanjun Yu
双三相永磁同步电机（PMSM）因其固有的容错能力在能源转换领域备受关注。然而，开路故障条件下的振动性能研究尚不充分。本文通过麦克斯韦应力张量法系统分析了健康与故障状态下的振动特性，并提出了一种有效的振动抑制策略。
理论分析表明，开路故障会导致电枢磁动势不平衡，从而在基波频率的偶数倍处产生显著振动，该振动影响电机稳定性并产生有害噪声。与传统研究聚焦于转矩能力提升和铜损降低不同，本文首次将振动性能作为关键优化目标。
创新性提出基于恒定磁动势原理的振动抑制方法，通过总电枢磁动势分解及引入调节系数ρ，实现故障状态下振动分量的有效抵消。该方法仅需调整谐波子空间电流参考，无需改变控制器结构，具有优异的实用性。实验中，该方法将振动加速度从0.146 m/s²显著降低至0.046 m/s²。
研究还揭示了调节系数ρ的优化选择机制：ρ=0为最大转矩模式，ρ=0.5为最小铜损模式，ρ=1为单三相工作模式。通过有限元分析和实验数据验证了理论模型的准确性，过渡实验证明该方法快速适应健康与故障切换。
🔗 https://doi.org/10.1109/TEC.2025.3534799
📖 第3篇
📌 磁通反向永磁电机转矩提升与磁体减量化研究
Torque Improvement and Magnet Reduction of Flux Reversal Permanent Magnet Machines
作者：Hao Hua，Haorui Ge，Zi-Qiang Zhu，Xinying Chen，Wei Hua
磁通反向永磁电机（FRPM）作为定子永磁型同步电机，以结构简单和制造工艺优良著称，但其转矩能力较传统转子永磁电机不足。本文系统研究通过永磁体极型配置和定子槽数优化实现转矩提升与永磁体减量化。
重点探讨了连续极（CP）结构和槽数减半两条技术路径。CP结构以铁极替代部分永磁体，减少永磁体用量50%，并因磁阻降低增强电枢磁动势；槽数减半通过优化定子结构降低永磁体使用量，提升协同效应。
二维有限元分析表明，6槽11极CP结构FRPM电机在永磁体量最低时实现单位体积转矩密度最高，较12槽11极全极结构显著提升。然而，CP结构易受磁饱和影响，全极结构重载时更稳定。实验验证三种原型机测量结果与仿真高度吻合。
该研究创新在于首次系统比较CP技术和槽数减半方案的协同影响，提供低成本高性能设计思路。在稀土永磁材料供应不稳定背景下，对推动电动汽车及工业驱动领域永磁电机的规模应用意义重大。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10791911
📖 第4篇
📌 制造公差与转子偏心对齿槽转矩的耦合效应研究
The Coupling Effect of Manufacturing Tolerances and Rotor Eccentricity on Cogging Torque
作者：Yue Zhao，Shuo Zhang，Nicola Bianchi，Chengning Zhang，Xiaorui Wang，Yongxi Yang
制造公差与转子偏心是永磁电机中两种典型生产不确定性，严重影响齿槽转矩性能，进而影响输出精度、噪声及振动。传统研究多关注单因素，本文创新提出矢量分析方法，理论揭示两者对齿槽转矩附加谐波的耦合作用机理。
基于能量法建立解析模型，分别总结制造公差（如定子内径尺寸误差、永磁体剩磁不一致）和转子偏心（静态、动态及混合）引入的附加谐波分量，发现特定极槽配合电机中两者会引入相同阶次的谐波。
核心创新是将生成机制不同的同阶谐波表征为旋转矢量，通过相位关系分析（同相叠加或反相抵消）直观解释耦合效应。耦合效果随电机参数和不确定性取值显著变化，在不同极槽配合中呈现相反规律。
基于耦合机制改进最劣不确定组合分析方法，高效评估制造公差与转子偏心共同影响下齿槽转矩鲁棒性。结合有限元仿真与样机测试，验证方法准确识别最劣工况，大幅降低计算负担。本研究为高精度永磁电机稳健设计提供理论与实践支持。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10818711
📖 第5篇
📌 基于反馈线性化输出匹配控制的同步发电机仿真技术
Synchronous Generator Emulation Using Output Matching Control Through Feedback Linearization
作者：Tanmay Mishra，Durvesh Kalke，Gurunath Gurrala，Radhakant Padhi
传统微电机虽参数相似于大型同步电机，但模拟能力有限，仅能模拟特定涡轮发电机动态特性，制约系统实验研究。本文创新提出基于输出反馈线性化技术的输出匹配控制器，实现单一微电机平台上不同规格同步发电机的精准仿真。
团队在5kVA微电机平台成功仿真128MVA、192MVA及247.5MVA三种不同容量发电机，包含热力及水力机型。采用IEEE 1.1同步发电机模型为参考，复现关键参数终端电压与转速，验证方法在小扰动及大扰动工况下表现优异。
技术关键在于非线性输出匹配控制器设计，基于发电机参数即可精准仿真，摆脱对特定励磁系统的依赖，显著提升实验平台可扩展性。配合定制5kVA微电机及220kV缩放输电线路，构建可靠测试环境。
该技术突破微电机时间常数过小难题，无需额外调节器，即可重现大型涡轮机大时间常数特性。稳定性分析证明系统渐近稳定，实验结果显示动态响应准确匹配参考模型。研究为电力系统动态特性研究提供新型实验方法，拓展微电机应用范围。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10857447
📖 第6篇
📌 高速永磁同步发电机悬浮性能与容错原理研究
Suspension Performance and Fault-Tolerance Principle of High-Speed Permanent Magnet Synchronous Generator
作者：Hongbo Qiu，Huaiyuan Zhang，Zexing Li，Xi Huang，Dongxue Fu，Cunxiang Yang
高速永磁同步发电机（HSPMSG）以体积小和功率密度高闻名，广泛应用于航空航天、医疗设备等高端领域。匝间短路（ITSC）导致的磁拉力不平衡（UMP）严重威胁发电机安全，可能引发转子偏心和机械损坏。
本研究创新提出基于校正绕组的容错运行方法，将故障状态下有害UMP转化为有益悬浮力，不仅保障安全，还为正常运行提供稳定悬浮支撑。建立了绕线式HSPMSG绕组结构模型及数学校正模型，揭示UMP向悬浮力转化的物理机制与定量关系。
有限元分析显示，校正方法能降低UMP波动幅度达到95.45%，当短路匝数为3时，80N波动UMP转为130N稳定悬浮力，且不同故障位置均表现稳定，证明方法普适性。
该技术显著提升轴承寿命，短路绕组2匝时悬浮力抵消转子重量43.3%，增至4匝抵消达86.5%，减轻轴承负荷。同时，调节绕组电流的最佳配置使转矩波动降低85.2%。实验测试表明校正后UMP波动显著减小，恒定悬浮力提升33.5%，达到36N，充分验证了方法有效性与应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10909309
📖 第7篇
📌 基于代理辅助自适应设计优化的磁流变液制动集成轴向磁通永磁电机及其不同制动转矩比研究
Surrogate-Assisted Adaptive Design Optimization of Magnetorheological Fluid Brake-Integrated AFPM Machine With Different Brake Torque Ratios
作者：Youkang Hu，Wenhai Zhang，Yongkang Zhang，Wei Xu，Jiyao Wang
轴向磁通永磁电机（AFPM）凭借高效率、高转矩和轴向紧凑性优势，广泛应用于工业机器人关节、电动汽车及电梯。为满足动态安全与系统稳定性，常需额外配置被动制动装置。磁流变液（MR）制动器因其结构紧凑、可控性佳及故障保护特性，作为智能电磁装置备受推崇。
面对传统串联拓扑的集成度低与结构复杂问题，提出磁流变液制动集成轴向磁通永磁电机（MRFBI-AFPMM），将制动部分包裹于AFPM径向侧，消除传动机构，提升轴向紧凑性。针对不同制动转矩比（Rm），设计了改进的代理辅助自适应设计优化方法。
方法主要解决计算负担大的问题，利用局部级联集成学习构建高精度代理模型，有效处理偏差-方差权衡。同时针对AFPM部分未知轴向外半径在制动比约束下的收敛难题，提出自适应优化策略，通过迭代搜索融合非支配排序遗传算法提升效率。
本文基于简化解析模型定义设计目标及敏感参数，仅选择敏感结构参数优化。LCE学习方法结合提升-装袋策略与分治建模，实现代理建模准确率高达98.8%。三种制动转矩比案例测试表明方案显著缩短优化时间且保持设计性能。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10891905
📖 第8篇
📌 考虑绕组电势相位分布的汽轮同步发电机定子短路故障建模方法
Stator Short-Circuit Fault Modeling Method of Turbine Synchronous Generator Considering Winding Potential Phase Distribution
作者：Jian Qiao，Xin Yin，Xianggen Yin，Yikai Wang，Zhichang Liu，Qinghui Lu，Jiaxuan Hu
针对大型汽轮同步发电机定子绕组短路故障建模难点，本文提出考虑绕组电势相位分布的多分支定子短路故障建模方法。该方法仅利用发电机常规参数，支持各类内部故障仿真，为电力系统保护与性能评估提供技术支撑。
结合传统对称分量法与相坐标及多回路分析法优点，针对绕组连接序列精度和参数复杂性问题，提出绕组电势拆分及各部分自感、互感参数计算方法。重点解析汽轮发电机特有60°相带电势分布特性，构建了四种故障工况数学模型。
以核电汽轮机组为例仿真不同故障位置，准确模拟转子二次谐波电流与纵向零序电压变化。发现同支路短路故障中，故障点间距越大特征越明显，支路间短路严重度与故障点位置密切相关。
实验验证采用15kVA实验机，预设多种故障接线，测试结果与仿真吻合良好。该建模方法仅用常规参数实现高精度，显著增强故障分析准确性，助力大型发电机主保护性能评估，未来将拓展至多物理场耦合分析。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10892048
📖 第9篇
📌 基于非对称节距的双三相永磁电机短路电流抑制技术及其高可靠性应用
Short-Circuit Current Reduction in Dual Three-Phase Permanent-Magnet Machine by Asymmetric Pitch for High-Reliability Applications
作者：Yuhua Sun，Wenxiang Zhao，Jinghua Ji，Nicola Bianchi，Yunhan Zhou
双三相永磁电机因其出色的转矩性能在高可靠性领域应用广泛，但因高短路电流导致的局部过热和永磁体退磁问题限制发展。本文创新提出基于非对称节距技术的短路电流抑制方法，通过绕组重构实现物理隔离和电磁性能优化。
设计非对称30°相位偏移绕组结构，48槽/8极定子分为四独立模块，控制绕组节距（如B2相为5，其他为6），保持最优30°相位差并实现物理隔离。理论表明，非对称配置显著提升漏感系数和增加丰富磁动势谐波。
有限元仿真验证非对称方案优越性：单相短路瞬态和稳态电流降低24.1%和43.6%；三相短路制动转矩从15.7Nm降至5.4Nm。虽平均转矩轻微下降3.7%，但转矩脉动控制良好，反电动势波形更正弦。实验样机数据吻合仿真，显著降低短路电流。
本研究打破传统对称绕组限制，首次在整数槽永磁电机实现非对称绕组设计，提升模块容错能力，为电动汽车等高风险场景提供创新解决方案。未来工作将聚焦于非对称电感下的容错控制策略优化。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10930758
📖 第10篇
📌 基于伪坐标的永磁同步电机变转速工况下匝间短路故障诊断方法
Pseudo-Coordinate-Based Diagnosis for Inter-Turn Fault of Permanent Magnet Synchronous Machines Under Varying Speed Condition
作者：Dong Wei，Kan Liu，Jianbo Wang，Wei Hu，Huaqiang Cai，Jinya Chen，Yan Ding，Yunfeng Liu
永磁同步电机（PMSM）作为工业核心驱动设备，其匝间短路（ITSC）故障早期诊断对系统可靠性至关重要。无位置传感器低成本驱动系统，尤其在变转速工况下，诊断面临严峻挑战。传统依赖dq轴电流二次谐波的方法在缺位置信号时难以应用。
本文创新提出基于频率映射和伪同步坐标的故障诊断策略。通过多同步压缩变换（MSST）提取时间-频率分布，最大谐波幅值提取（MHAE）算法获取瞬时相位，构建伪同步坐标系整合幅值与频率信息，结合阶次跟踪实现故障特征精准提取。
实验验证显示该方法在变转速条件下性能卓越，在线性和抛物线变速工况，即使短路匝比仅8%也能准确检测故障。方案创新点包括：无需转速信号实现瞬时频率准确提取；有效克服位置传感器缺失瓶颈；在高加速度及大转矩条件下诊断稳定。
本研究为无位置传感器的PMSM系统提供经济可靠故障监测方案，适合成本敏感泵类和压缩机等应用，仅用两个电流传感器即可实现变转速工况精准诊断。未来将优化突变转速及低电流工况下的诊断性能，提升工程适用性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10925896
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