【东大新闻网12月3日电】（通讯员 林定毅）近日，国际知名学术刊物《Nature Communications》在线刊登了东南大学程明、花为、邓富金教授团队与丹麦奥尔堡大学、电子科技大学研究团队的最新成果——高性能光子驱动直流电机系统(High-performance photon-driven DC motor system)。
直流电机在无人机、机器人和电气设备中至关重要。传统的有刷直流电机驱动系统基于开关电源转换器驱动，利用电能产生机械运动。在该系统中，开关电源转换器的输出电压通过半导体开关器件的周期性开关动作进行调制。然而，快速开关动作会产生高频电磁波，并引起电磁干扰，从而引发不必要的电流和电压，对附近的电子设备造成不利影响。此外，开关电源转换器的开关动作还会使其输出电压产生纹波，增加电机控制的难度。另一方面，工业环境中常见的环境电磁干扰会在开关电源转换器的反馈和控制信号中引入噪声，这也会增加电机控制的难度。
针对上述开关电源转换器存在的问题，团队提出了一种基于光子转换器的光子驱动直流电机系统，该系统利用光能驱动机械运动。由于光子转换器不基于半导体开关器件进行调制，从而避免了传统开关电源驱动直流电机系统在电能传输过程中产生的电磁干扰。此外，本文还阐述了光子驱动直流电机系统的工作原理和基于功率调制的速度控制。实验证明，该电机能准确跟踪速度参考值，并能承受负载干扰。这一成果能改善直流电机驱动系统的电磁兼容性，为直流电机的应用开辟了新的潜力。
光子驱动直流电机系统为强电磁干扰环境提供了一种应对策略，例如用于监测高压输电线路的移动系留无人飞行器和电磁弹射器系统的辅助电机驱动系统。传统的系留无人飞行器通过金属线连接到移动地面站，地面站为系留无人飞行器供电，而金属线易受电磁干扰影响，影响供电功能。此外，金属线的重量将系留距离限制在约150米。为解决电磁干扰挑战并延长系留无人飞行器的系留距离，可在系留无人飞行器中采用光子驱动直流电机系统，其中地面站中的高功率激光器通过光纤与系留无人飞行器中的光电功率转换器相连，连接线更换成光纤。由于光纤不受环境电磁干扰影响且比金属线轻，因此具有抗电磁干扰和延长系留距离的潜力，克服了以往的限制，为系留无人飞行器的应用开辟了新的可能性。
东南大学为论文第一单位和通讯单位，合作单位包括丹麦奥尔堡大学和电子科技大学。该工作受到国家自然科学基金的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53924-9
供稿：电气工程学院
（责任编辑：吴涵玉 审核：李小男）
