1. 項目背景
國務(wù)院印發(fā)的《黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》中明確指出要在建設(shè)特色優(yōu)勢現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系中推動黃河流域優(yōu)勢制造業(yè)綠色化轉(zhuǎn)型、智能化升級和數(shù)字化賦能，為推動黃河重大國家戰(zhàn)略在山東省落實落地，山東省在“十四五”規(guī)劃和二 0 三五年遠景目標綱要中提出“核心零部件”及“新材料”是要做強做優(yōu)做大的“十強”現(xiàn)代優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，作為“中國制造 2025”主攻方向智能制造的核心執(zhí)行部件的電機用電量占我國工業(yè)用電量的比重將近 80%，占全國總用電量的 60%。本項目通過研究軟磁復(fù)合材料、軟磁復(fù)合材料電機、基于碳化硅（SiC）器件的軟磁復(fù)合材料電機高效控制系統(tǒng)等，致力于實現(xiàn)輕型高效電機系統(tǒng)并進行規(guī)?；瘧?yīng)用以滿足電驅(qū)交通、工業(yè)機器人、無人機等領(lǐng)域的電驅(qū)動要求，助力于實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”。
電機性能的提高可以通過電機所用材料性能的提高、電機冷卻的完善以及電機的優(yōu)化設(shè)計等實現(xiàn)，但是，電機用功能材料的更新?lián)Q代可以創(chuàng)新電機的原理和結(jié)構(gòu)，是大幅提高電機性能的必然選擇。電機（以永磁電機為例）所用的功能性材料包括產(chǎn)生磁場的磁源材料（永磁材料）、流通電流的導電材料和流通磁場的導磁材料（軟磁材料），目前，前兩者分別以銅材、稀土永磁為主，在目前及可預(yù)見的將來沒有可替代的材料；導磁材料目前以疊片 Si 鋼帶材（Si 鋼）為主，軟磁復(fù)合材料(Soft Magnetic Composite Material, SMC)是一種具有獨特鐵磁性能的的電機用新型導磁材料。
SMC 鐵心是 SMC 粉粒（絕緣包覆的高純度鐵粉顆粒）經(jīng)模壓、熱處理等工序而成，其作為導磁材料與目前通用的疊片硅鋼材料相比具有明顯的優(yōu)勢：（1）各向同性磁、熱特性，既可以使普通徑向磁場電機具有三維磁路結(jié)構(gòu)從而提高電機的輕型化水平，也可以實現(xiàn)本質(zhì)上具有三維磁路結(jié)構(gòu)且高性能的新型拓撲電機（比如橫向磁通電機）；（2）高頻鐵耗低，從而使 SMC 電機具有更高的運行效率；（3）材料利用率近100%，遠高于疊片硅鋼只有 65%的材料利用率，契合綠色制造這一發(fā)展理念。
SMC 作為電機導磁材料的想法最早可以追溯到 19 世紀，但直到上世紀 80 年代這種想法才得到重視，其后隨著SMC性能的進步，SMC 在感應(yīng)電機、永磁電機、開關(guān)磁阻電機、步進電機等所有各不同原理結(jié)構(gòu)電機中都得到應(yīng)用研究。然而，目前為止，只有少數(shù)幾種具有特殊原理結(jié)構(gòu)的 SMC 電機得到一定程度的批量生產(chǎn)，其原因主要基于以下方面：
（1）SMC 作為電機用導磁材料的性能有待進一步提高，特別是其飽和磁密、最大導磁率以及鐵耗參數(shù)性能需要研究提高；
（2）影響 SMC 電機性能進一步提高及規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用的電機本體科學技術(shù)問題有待更好地解決。比如：具有特殊原理結(jié)構(gòu)的 SMC電機的高效冷卻散熱問題，揚長避短 SMC 性能的材料應(yīng)用問題；影響 SMC 電機分析設(shè)計速度的問題；
（3）源于普通 Si 器件的高頻驅(qū)動劣勢，SMC 材料高頻鐵耗低的應(yīng)用優(yōu)勢沒有充分發(fā)揮，也影響到 SMC 電機性能的進一步提高和規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用，需要基于新型碳化硅器件針對性地設(shè)計高頻高性能控制器。
針對 SMC 電機及其相關(guān)領(lǐng)域的研究發(fā)展現(xiàn)狀，本項目對基于軟磁復(fù)合材料的輕型高效電機系統(tǒng)及其規(guī)?；瘧?yīng)用進行研究，具有重要意義，不但可以提高 SMC 電機輕型高效化水平及其規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用水平，進一步滿足電驅(qū)交通、工業(yè)機器人及無人機等高端裝備的電驅(qū)動性能要求，同時有利于提高 SMC 材料的性能以及 SMC 在電機中的應(yīng)用程度、提高 SiC 器件及其系統(tǒng)的性能及應(yīng)用。
2、項目主要內(nèi)容
針對交通領(lǐng)域用輕型高效電機被國外壟斷的現(xiàn)狀，開展軟磁復(fù)合材料輕型高效電機系統(tǒng)開發(fā)，實現(xiàn)國產(chǎn)化輕型高效電機及控制器在新能源汽車、船舶等領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用，在軟磁復(fù)合材料、輕型高效電機、高頻電機控制器、制造工藝及工程化應(yīng)用方面進行研究，主要研究內(nèi)容如下：
（1）高性能軟磁復(fù)合材料電磁性能及成型技術(shù)研究。高 Bs 低損耗軟磁合金粉體開發(fā)制備與低損耗調(diào)控機制，系統(tǒng)研究工藝參數(shù)對磁粉形貌、粒徑大小及分布的影響規(guī)律和機制；研究不同冷卻速度下磁粉微觀組織結(jié)構(gòu)的演變以及對磁電特性的影響規(guī)律和熱處理工藝，批量制備高 Bs 低損耗型軟磁復(fù)合材料；磁粉表面納米絕緣包覆層原位合成技術(shù)與 SMC 合金粉芯多重降損機制研究，系統(tǒng)研究納米導磁絕緣層膜形核與生長、合金表面化學反應(yīng)過程，實現(xiàn)對其微觀形貌及結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控。研究絕緣包覆技術(shù)與導磁絕緣層交換耦合，研究磁性各向異性對納米尺度磁性交換耦合長度的關(guān)聯(lián)、不同厚度導磁絕緣層的逾效應(yīng)對軟磁復(fù)合材料的影響；軟磁合金復(fù)合材料高致密度模壓技術(shù)的開發(fā)與粉芯的產(chǎn)業(yè)化，從宏觀和微觀的角度出發(fā)，研究絕緣包覆磁粉模壓成形致密化的主導機制。分析軟磁絕緣包覆磁粉的微觀組織、包覆層平均厚度、粉體形貌和粒度分布等，系統(tǒng)研究壓制工藝參數(shù)對新型合金粉芯典型件生坯密度、微觀組織和力學性能的影響。針對SMC 粉芯各部位的微觀組織變化和性能的差異，系統(tǒng)研究熱處理對SMC 粉芯微觀組織和力學性能的影響。
（2）基于軟磁復(fù)合材料的輕型高效電機關(guān)鍵技術(shù)研究。軟磁復(fù)合材料（SMC）電機是高集成電機，功率密度轉(zhuǎn)矩密度高、結(jié)構(gòu)緊湊體積小，但由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、散熱面積小，其冷卻散熱問題突出，也在一定程 度上制約著該種電機性能的進一步提高和普及推廣應(yīng)用；其次，SMC 材料與傳統(tǒng)的疊片硅鋼（Si 鋼）材料具有互補性，即 SMC 材料的主要性能優(yōu)勢之一是各向同性磁特性，可以很容易使電機具有三維磁路結(jié)構(gòu)，使電機緊湊體積小，但其導磁特性及低頻下的鐵耗特性并不優(yōu)于 Si 鋼材料，需要針對性地設(shè)計電機磁路結(jié)構(gòu)，以充分利用 SMC 材 料的優(yōu)勢而避免其缺陷；SMC 電機導磁材料的鐵磁特性完全不同于傳統(tǒng)電機，且SMC電機都是三維磁路電機，因此傳統(tǒng)的基于磁路計5算的快速電機設(shè)計方法完全不能用于 SMC 電機，只能采用建模復(fù)雜、計算時間長的電磁場有限元方法，因此，需要研究 SMC 電機快速設(shè)計方法，以方便規(guī)模化設(shè)計、生產(chǎn)和應(yīng)用。
（3）基于 SiC 器件的軟磁復(fù)合材料電機控制系統(tǒng)研究。為充分發(fā)揮軟磁復(fù)合材料電機高頻且高效區(qū)寬的優(yōu)勢，基于碳化硅（SiC）功率器件設(shè)計高性能驅(qū)動控制系統(tǒng)。SiC 功率器件相對 Si 功率器件具有更高的開關(guān)頻率，更加適合于軟磁復(fù)合材料電機驅(qū)動。研究高效率、強魯棒性、動態(tài)響應(yīng)快的控制算法，實現(xiàn)最優(yōu)效率控制，針對高開關(guān)頻率導致的死區(qū)效應(yīng)，開展諧波電流補償和自適應(yīng)死區(qū)補償方法研究，進一步提高電機及整體系統(tǒng)的控制性能；為解決高頻驅(qū)動電路橋臂串擾和逆變器散熱問題，設(shè)計串擾抑制和故障保護電路，通過分析 SiC 功率器件的損耗模型，設(shè)計高效冷卻系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，延長使用壽命。
（4）軟磁復(fù)合材料電機系統(tǒng)規(guī)模化生產(chǎn)及示范應(yīng)用研究。為解決線圈繞線過程脫模困難的問題，開展 SMC 軸向盤式永磁電機定子繞組繞制工藝技術(shù)研究；為實現(xiàn)定子鐵心和定子線圈固定，同時提高散熱效率，開展 SMC 軸向盤式永磁電機定子支架工藝及技術(shù)研究；為降低裝配難度，開展 SMC 軸向盤式永磁電機轉(zhuǎn)子總成及裝配工藝技術(shù)、轉(zhuǎn)子導磁板裝配工裝及系統(tǒng)工藝技術(shù)研究，建立 SMC 永磁電機轉(zhuǎn)子磁鋼片裝配工裝及系統(tǒng)，建立軟磁復(fù)合材料電機控制器生產(chǎn)線。在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn) SMC 永磁電機系統(tǒng)的規(guī)?；a(chǎn)及應(yīng)用推廣。
（三）核心團隊介紹：核心技術(shù)團隊成員介紹（個人信息、教育經(jīng)歷、工作經(jīng)歷）
高啟龍，男，1976年6月出生，中共黨員，復(fù)旦大學EMBA，山東中瑞電子股份有限公司董事長，系國家科技部創(chuàng)新人才推進計劃科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才、國家“科技庫”在庫專家、中組部“萬人計劃”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領(lǐng)軍人才,山東省電子信息行業(yè)優(yōu)秀企業(yè)家，臨沂市第十四屆政協(xié)委員,臨沂市工商聯(lián)合會會員。先后主持承擔了國家發(fā)改委重大專項、國家火炬計劃、國家重點新產(chǎn)品、國家國際科技合作計劃、山東省科技攻關(guān)項目等國家、省、市級項目30多項，獲省、市級科技進步獎、科技創(chuàng)新獎等獎勵16項，擁有50項國家專利。參與行業(yè)國際標準的制定和起草工作1項（IEC 60424-8/鐵氧體磁芯表面缺陷極限導則第八部分PQ型磁芯）。
孫蕾，女，1976年7月出生，中共黨員，復(fù)旦大學EMBA，研究生學歷，中國軟磁復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書長，1998年7月--2005年8月，山東省臨沂市人事局，科級；2005年7月--2008年11月，中自控（北京）環(huán)境工程有限公司，常務(wù)副總；2008年12月-2014年10月國能聯(lián)（北京）合同能源管理有限公司；2014年-2017年上海復(fù)旦大學EMBA，碩士；2018年至今山東精創(chuàng)磁電產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司任總經(jīng)理。具有多年企業(yè)管理和豐富的高新技術(shù)企業(yè)創(chuàng)新經(jīng)驗，主持或參與國家級科研課題1項、市級科研課題1項，申請發(fā)明專利5項，實用新型專利9項（已授權(quán)7項），外觀設(shè)計專利1項（已授權(quán)1項），獲得臨沂市科技進步二等獎1項目和臨沂市科技進步三等獎各3項。
2.研發(fā)團隊介紹
梁麗萍，女，1987年3月出生，中共黨員，畢業(yè)于浙江大學材料科學與工程學院，工學博士學位，高級工程師，博士研究方向為高性能磁性材料的制備，期間發(fā)表SCI核心期刊論文3篇，申請專利11項，其中發(fā)明專利2項，實用新型專利9項，先后參與國家自然科學基金項目、浙江省科技計劃項目、臨沂市重點研發(fā)計劃、國際合作項目和寧波市重點研發(fā)計劃等，并于磁性材料企業(yè)中試基地實踐2年，積累了豐富的理論實踐經(jīng)驗。
常文全，男，1962年10月出生，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學電機專業(yè)，大學本科學歷，高級工程師。擁有40余年的電機設(shè)計研發(fā)經(jīng)驗。1985年7月至2007年4月在博山電機廠工作，其中1985年7月至1993年在博山電機廠二分廠從事單、三相異步電動機及多速電機設(shè)計工作；1993年調(diào)技術(shù)中心交流電機設(shè)計室，從事單、三相交流異步電動機、變頻電機、多速電機和永磁同步電機設(shè)計工作，并任設(shè)計室主任，2001年-2007年任交流電機研究所所長、主任工程師。2007年5月至2010年6月在浙江某電機有限公司從事單、三相電機、隔爆電機、變頻電機、高效（EFF2）、超高效（EFFI）設(shè)計與產(chǎn)品開發(fā)工作，任技術(shù)開發(fā)部部長。2010年7月至2016年3月青島海爾電機研發(fā)部從事電機開發(fā)工作，擔任研發(fā)部長。2016年4月至2019年3月在山東泰汽新能源汽車工程研究院從事新能源電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)工作，擔任總工程師。2019年3月入職山東精創(chuàng)磁電產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，擔任電機技術(shù)總工。
