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)展規劃綱要》中明確指出要在建設特色優(yōu)勢現代產(chǎn)業(yè)體系中推動(dòng)黃河流域優(yōu)勢制造業(yè)綠色化轉型、智能化升級和數字化賦能，為推動(dòng)黃河重大國家戰略在山東省落實(shí)落地，山東省在“十四五”規劃和二 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(guò)研究軟磁復合材料、軟磁復合材料電機、基于碳化硅（SiC）器件的軟磁復合材料電機高效控制系統等，致力于實(shí)現輕型高效電機系統并進(jìn)行規?；瘧靡詽M(mǎn)足電驅交通、工業(yè)機器人、無(wú)人機等領(lǐng)域的電驅動(dòng)要求，助力于實(shí)現“碳達峰、碳中和”。
電機性能的提高可以通過(guò)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)化設計等實(shí)現，但是，電機用功能材料的更新?lián)Q代可以創(chuàng )新電機的原理和結構，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(chǎng)的磁源材料（永磁材料）、流通電流的導電材料和流通磁場(chǎng)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，在目前及可預見(jiàn)的將來(lái)沒(méi)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(chǎng)電機具有三維磁路結構從而提高電機的輕型化水平，也可以實(shí)現本質(zhì)上具有三維磁路結構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(zhù)SMC性能的進(jìn)步，SMC 在感應電機、永磁電機、開(kāi)關(guān)磁阻電機、步進(jìn)電機等所有各不同原理結構電機中都得到應用研究。然而，目前為止，只有少數幾種具有特殊原理結構的 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(jìn)一步提高，特別是其飽和磁密、最大導磁率以及鐵耗參數性能需要研究提高；
（2）影響 SMC 電機性能進(jìn)一步提高及規?；a(chǎn)應用的電機本體科學(xué)技術(shù)問(wèn)題有待更好地解決。比如：具有特殊原理結構的 SMC電機的高效冷卻散熱問(wèn)題，揚長(cháng)避短 SMC 性能的材料應用問(wèn)題；影響 SMC 電機分析設計速度的問(wèn)題；
（3）源于普通 Si 器件的高頻驅動(dòng)劣勢，SMC 材料高頻鐵耗低的應用優(yōu)勢沒(méi)有充分發(fā)揮，也影響到 SMC 電機性能的進(jìn)一步提高和規?；a(chǎn)應用，需要基于新型碳化硅器件針對性地設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)展現狀，本項目對基于軟磁復合材料的輕型高效電機系統及其規?；瘧眠M(jìn)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?；a(chǎn)應用水平，進(jìn)一步滿(mǎn)足電驅交通、工業(yè)機器人及無(wú)人機等高端裝備的電驅動(dòng)性能要求，同時(shí)有利于提高 SMC 材料的性能以及 SMC 在電機中的應用程度、提高 SiC 器件及其系統的性能及應用。
2、項目主要內容
針對交通領(lǐng)域用輕型高效電機被國外壟斷的現狀，開(kāi)展軟磁復合材料輕型高效電機系統開(kāi)發(fā)，實(shí)現國產(chǎn)化輕型高效電機及控制器在新能源汽車(chē)、船舶等領(lǐng)域的規?；瘧?，在軟磁復合材料、輕型高效電機、高頻電機控制器、制造工藝及工程化應用方面進(jìn)行研究，主要研究?jì)热萑缦拢?
（1）高性能軟磁復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(kāi)發(fā)制備與低損耗調控機制，系統研究工藝參數對磁粉形貌、粒徑大小及分布的影響規律和機制；研究不同冷卻速度下磁粉微觀(guān)組織結構的演變以及對磁電特性的影響規律和熱處理工藝，批量制備高 Bs 低損耗型軟磁復合材料；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，系統研究納米導磁絕緣層膜形核與生長(cháng)、合金表面化學(xué)反應過(guò)程，實(shí)現對其微觀(guān)形貌及結構的精確調控。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(cháng)度的關(guān)聯(lián)、不同厚度導磁絕緣層的逾效應對軟磁復合材料的影響；軟磁合金復合材料高致密度模壓技術(shù)的開(kāi)發(fā)與粉芯的產(chǎn)業(yè)化，從宏觀(guān)和微觀(guān)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(guān)組織、包覆層平均厚度、粉體形貌和粒度分布等，系統研究壓制工藝參數對新型合金粉芯典型件生坯密度、微觀(guān)組織和力學(xué)性能的影響。針對SMC 粉芯各部位的微觀(guān)組織變化和性能的差異，系統研究熱處理對SMC 粉芯微觀(guān)組織和力學(xué)性能的影響。
（2）基于軟磁復合材料的輕型高效電機關(guān)鍵技術(shù)研究。軟磁復合材料（SMC）電機是高集成電機，功率密度轉矩密度高、結構緊湊體積小，但由于結構較復雜、散熱面積小，其冷卻散熱問(wèn)題突出，也在一定程 度上制約著(zhù)該種電機性能的進(jìn)一步提高和普及推廣應用；其次，SMC 材料與傳統的疊片硅鋼（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構，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，需要針對性地設計電機磁路結構，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電機，且SMC電機都是三維磁路電機，因此傳統的基于磁路計5算的快速電機設計方法完全不能用于 SMC 電機，只能采用建模復雜、計算時(shí)間長(cháng)的電磁場(chǎng)有限元方法，因此，需要研究 SMC 電機快速設計方法，以方便規?；O計、生產(chǎn)和應用。
（3）基于 SiC 器件的軟磁復合材料電機控制系統研究。為充分發(fā)揮軟磁復合材料電機高頻且高效區寬的優(yōu)勢，基于碳化硅（SiC）功率器件設計高性能驅動(dòng)控制系統。SiC 功率器件相對 Si 功率器件具有更高的開(kāi)關(guān)頻率，更加適合于軟磁復合材料電機驅動(dòng)。研究高效率、強魯棒性、動(dòng)態(tài)響應快的控制算法，實(shí)現最優(yōu)效率控制，針對高開(kāi)關(guān)頻率導致的死區效應，開(kāi)展諧波電流補償和自適應死區補償方法研究，進(jìn)一步提高電機及整體系統的控制性能；為解決高頻驅動(dòng)電路橋臂串擾和逆變器散熱問(wèn)題，設計串擾抑制和故障保護電路，通過(guò)分析 SiC 功率器件的損耗模型，設計高效冷卻系統，提高系統的可靠性和安全性，延長(cháng)使用壽命。
（4）軟磁復合材料電機系統規?；a(chǎn)及示范應用研究。為解決線(xiàn)圈繞線(xiàn)過(guò)程脫模困難的問(wèn)題，開(kāi)展 SMC 軸向盤(pán)式永磁電機定子繞組繞制工藝技術(shù)研究；為實(shí)現定子鐵心和定子線(xiàn)圈固定，同時(shí)提高散熱效率，開(kāi)展 SMC 軸向盤(pán)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(kāi)展 SMC 軸向盤(pán)式永磁電機轉子總成及裝配工藝技術(shù)、轉子導磁板裝配工裝及系統工藝技術(shù)研究，建立 SMC 永磁電機轉子磁鋼片裝配工裝及系統，建立軟磁復合材料電機控制器生產(chǎn)線(xiàn)。在此基礎上，實(shí)現 SMC 永磁電機系統的規?；a(chǎn)及應用推廣。
（三）核心團隊介紹：核心技術(shù)團隊成員介紹（個(gè)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，復旦大學(xué)EMBA，山東中瑞電子股份有限公司董事長(cháng)，系國家科技部創(chuàng )新人才推進(jìn)計劃科技創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)人才、國家“科技庫”在庫專(zhuān)家、中組部“萬(wàn)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(huì )會(huì )員。先后主持承擔了國家發(fā)改委重大專(zhuān)項、國家火炬計劃、國家重點(diǎn)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(jìn)步獎、科技創(chuàng )新獎等獎勵16項，擁有50項國家專(zhuān)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，復旦大學(xué)EMBA，研究生學(xué)歷，中國軟磁復合材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書(shū)長(cháng)，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年上海復旦大學(xué)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(zhuān)利5項，實(shí)用新型專(zhuān)利9項（已授權7項），外觀(guān)設計專(zhuān)利1項（已授權1項），獲得臨沂市科技進(jìn)步二等獎1項目和臨沂市科技進(jìn)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(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，工學(xué)博士學(xué)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(zhuān)利11項，其中發(fā)明專(zhuān)利2項，實(shí)用新型專(zhuān)利9項，先后參與國家自然科學(xué)基金項目、浙江省科技計劃項目、臨沂市重點(diǎn)研發(fā)計劃、國際合作項目和寧波市重點(diǎn)研發(fā)計劃等，并于磁性材料企業(yè)中試基地實(shí)踐2年，積累了豐富的理論實(shí)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(xué)電機專(zhuān)業(yè)，大學(xué)本科學(xué)歷，高級工程師。擁有40余年的電機設計研發(fā)經(jīng)驗。1985年7月至2007年4月在博山電機廠(chǎng)工作，其中1985年7月至1993年在博山電機廠(chǎng)二分廠(chǎng)從事單、三相異步電動(dòng)機及多速電機設計工作；1993年調技術(shù)中心交流電機設計室，從事單、三相交流異步電動(dòng)機、變頻電機、多速電機和永磁同步電機設計工作，并任設計室主任，2001年-2007年任交流電機研究所所長(cháng)、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）設計與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作，任技術(shù)開(kāi)發(fā)部部長(cháng)。2010年7月至2016年3月青島海爾電機研發(fā)部從事電機開(kāi)發(fā)工作，擔任研發(fā)部長(cháng)。2016年4月至2019年3月在山東泰汽新能源汽車(chē)工程研究院從事新能源電動(dòng)汽車(chē)驅動(dòng)系統開(kāi)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。
