【東大新聞網12月3日電】（通訊員 林定毅）近日，國際知名學術刊物《Nature Communications》在線刊登了東南大學程明、花為、鄧富金教授團隊與丹麥奧爾堡大學、電子科技大學研究團隊的最新成果——高性能光子驅動直流電機系統(High-performance photon-driven DC motor system)。

直流電機在無人機、機器人和電氣設備中至關重要。傳統的有刷直流電機驅動系統基于開關電源轉換器驅動，利用電能產生機械運動。在該系統中，開關電源轉換器的輸出電壓通過半導體開關器件的周期性開關動作進行調制。然而，快速開關動作會產生高頻電磁波，并引起電磁干擾，從而引發不必要的電流和電壓，對附近的電子設備造成不利影響。此外，開關電源轉換器的開關動作還會使其輸出電壓產生紋波，增加電機控制的難度。另一方面，工業環境中常見的環境電磁干擾會在開關電源轉換器的反饋和控制信號中引入噪聲，這也會增加電機控制的難度。

針對上述開關電源轉換器存在的問題，團隊提出了一種基于光子轉換器的光子驅動直流電機系統，該系統利用光能驅動機械運動。由于光子轉換器不基于半導體開關器件進行調制，從而避免了傳統開關電源驅動直流電機系統在電能傳輸過程中產生的電磁干擾。此外，本文還闡述了光子驅動直流電機系統的工作原理和基于功率調制的速度控制。實驗證明，該電機能準確跟蹤速度參考值，并能承受負載干擾。這一成果能改善直流電機驅動系統的電磁兼容性，為直流電機的應用開辟了新的潛力。

光子驅動直流電機系統為強電磁干擾環境提供了一種應對策略，例如用于監測高壓輸電線路的移動系留無人飛行器和電磁彈射器系統的輔助電機驅動系統。傳統的系留無人飛行器通過金屬線連接到移動地面站，地面站為系留無人飛行器供電，而金屬線易受電磁干擾影響，影響供電功能。此外，金屬線的重量將系留距離限制在約150米。為解決電磁干擾挑戰并延長系留無人飛行器的系留距離，可在系留無人飛行器中采用光子驅動直流電機系統，其中地面站中的高功率激光器通過光纖與系留無人飛行器中的光電功率轉換器相連，連接線更換成光纖。由于光纖不受環境電磁干擾影響且比金屬線輕，因此具有抗電磁干擾和延長系留距離的潛力，克服了以往的限制，為系留無人飛行器的應用開辟了新的可能性。

東南大學為論文第一單位和通訊單位，合作單位包括丹麥奧爾堡大學和電子科技大學。該工作受到國家自然科學基金的資助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53924-9

供稿：電氣工程學院

（責任編輯：吳涵玉 審核：李小男）