1. 項(xiàng)目背景

國(guó)務(wù)院印發(fā)的《黃河流域生態(tài)保護(hù)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(shì)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系中推動(dòng)黃河流域優(yōu)勢(shì)制造業(yè)綠色化轉(zhuǎn)型、智能化升級(jí)和數(shù)字化賦能，為推動(dòng)黃河重大國(guó)家戰(zhàn)略在山東省落實(shí)落地，山東省在“十四五”規(guī)劃和二 0 三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要中提出“核心零部件”及“新材料”是要做強(qiáng)做優(yōu)做大的“十強(qiáng)”現(xiàn)代優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，作為“中國(guó)制造 2025”主攻方向智能制造的核心執(zhí)行部件的電機(jī)用電量占我國(guó)工業(yè)用電量的比重將近 80%，占全國(guó)總用電量的 60%。本項(xiàng)目通過(guò)研究軟磁復(fù)合材料、軟磁復(fù)合材料電機(jī)、基于碳化硅（SiC）器件的軟磁復(fù)合材料電機(jī)高效控制系統(tǒng)等，致力于實(shí)現(xiàn)輕型高效電機(jī)系統(tǒng)并進(jìn)行規(guī)?；瘧?yīng)用以滿(mǎn)足電驅(qū)交通、工業(yè)機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域的電驅(qū)動(dòng)要求，助力于實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”。

電機(jī)性能的提高可以通過(guò)電機(jī)所用材料性能的提高、電機(jī)冷卻的完善以及電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等實(shí)現(xiàn)，但是，電機(jī)用功能材料的更新?lián)Q代可以創(chuàng)新電機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)，是大幅提高電機(jī)性能的必然選擇。電機(jī)（以永磁電機(jī)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(dǎo)電材料和流通磁場(chǎng)的導(dǎo)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(jiàn)的將來(lái)沒(méi)有可替代的材料；導(dǎo)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(dú)特鐵磁性能的的電機(jī)用新型導(dǎo)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(dǎo)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(shì)：（1）各向同性磁、熱特性，既可以使普通徑向磁場(chǎng)電機(jī)具有三維磁路結(jié)構(gòu)從而提高電機(jī)的輕型化水平，也可以實(shí)現(xiàn)本質(zhì)上具有三維磁路結(jié)構(gòu)且高性能的新型拓?fù)潆姍C(jī)（比如橫向磁通電機(jī)）；（2）高頻鐵耗低，從而使 SMC 電機(jī)具有更高的運(yùn)行效率；（3）材料利用率近100%，遠(yuǎn)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(jī)導(dǎo)磁材料的想法最早可以追溯到 19 世紀(jì)，但直到上世紀(jì) 80 年代這種想法才得到重視，其后隨著SMC性能的進(jìn)步，SMC 在感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等所有各不同原理結(jié)構(gòu)電機(jī)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(jī)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(jī)用導(dǎo)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(dǎo)磁率以及鐵耗參數(shù)性能需要研究提高；

（2）影響 SMC 電機(jī)性能進(jìn)一步提高及規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用的電機(jī)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(jié)構(gòu)的 SMC電機(jī)的高效冷卻散熱問(wèn)題，揚(yáng)長(zhǎng)避短 SMC 性能的材料應(yīng)用問(wèn)題；影響 SMC 電機(jī)分析設(shè)計(jì)速度的問(wèn)題；

（3）源于普通 Si 器件的高頻驅(qū)動(dòng)劣勢(shì)，SMC 材料高頻鐵耗低的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)沒(méi)有充分發(fā)揮，也影響到 SMC 電機(jī)性能的進(jìn)一步提高和規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用，需要基于新型碳化硅器件針對(duì)性地設(shè)計(jì)高頻高性能控制器。

針對(duì) SMC 電機(jī)及其相關(guān)領(lǐng)域的研究發(fā)展現(xiàn)狀，本項(xiàng)目對(duì)基于軟磁復(fù)合材料的輕型高效電機(jī)系統(tǒng)及其規(guī)?；瘧?yīng)用進(jìn)行研究，具有重要意義，不但可以提高 SMC 電機(jī)輕型高效化水平及其規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用水平，進(jìn)一步滿(mǎn)足電驅(qū)交通、工業(yè)機(jī)器人及無(wú)人機(jī)等高端裝備的電驅(qū)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(jī)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(xiàng)目主要內(nèi)容

針對(duì)交通領(lǐng)域用輕型高效電機(jī)被國(guó)外壟斷的現(xiàn)狀，開(kāi)展軟磁復(fù)合材料輕型高效電機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化輕型高效電機(jī)及控制器在新能源汽車(chē)、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(jī)、高頻電機(jī)控制器、制造工藝及工程化應(yīng)用方面進(jìn)行研究，主要研究?jī)?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(kāi)發(fā)制備與低損耗調(diào)控機(jī)制，系統(tǒng)研究工藝參數(shù)對(duì)磁粉形貌、粒徑大小及分布的影響規(guī)律和機(jī)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(duì)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(jī)制研究，系統(tǒng)研究納米導(dǎo)磁絕緣層膜形核與生長(zhǎng)、合金表面化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dǎo)磁絕緣層交換耦合，研究磁性各向異性對(duì)納米尺度磁性交換耦合長(zhǎng)度的關(guān)聯(lián)、不同厚度導(dǎo)磁絕緣層的逾效應(yīng)對(duì)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(kāi)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(dǎo)機(jī)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(duì)新型合金粉芯典型件生坯密度、微觀組織和力學(xué)性能的影響。針對(duì)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(duì)SMC 粉芯微觀組織和力學(xué)性能的影響。

（2）基于軟磁復(fù)合材料的輕型高效電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究。軟磁復(fù)合材料（SMC）電機(jī)是高集成電機(jī)，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(wèn)題突出，也在一定程 度上制約著該種電機(jī)性能的進(jìn)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(bǔ)性，即 SMC 材料的主要性能優(yōu)勢(shì)之一是各向同性磁特性，可以很容易使電機(jī)具有三維磁路結(jié)構(gòu)，使電機(jī)緊湊體積小，但其導(dǎo)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(duì)性地設(shè)計(jì)電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)，以充分利用 SMC 材 料的優(yōu)勢(shì)而避免其缺陷；SMC 電機(jī)導(dǎo)磁材料的鐵磁特性完全不同于傳統(tǒng)電機(jī)，且SMC電機(jī)都是三維磁路電機(jī)，因此傳統(tǒng)的基于磁路計(jì)5算的快速電機(jī)設(shè)計(jì)方法完全不能用于 SMC 電機(jī)，只能采用建模復(fù)雜、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)的電磁場(chǎng)有限元方法，因此，需要研究 SMC 電機(jī)快速設(shè)計(jì)方法，以方便規(guī)?；O(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用。

（3）基于 SiC 器件的軟磁復(fù)合材料電機(jī)控制系統(tǒng)研究。為充分發(fā)揮軟磁復(fù)合材料電機(jī)高頻且高效區(qū)寬的優(yōu)勢(shì)，基于碳化硅（SiC）功率器件設(shè)計(jì)高性能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。SiC 功率器件相對(duì) Si 功率器件具有更高的開(kāi)關(guān)頻率，更加適合于軟磁復(fù)合材料電機(jī)驅(qū)動(dòng)。研究高效率、強(qiáng)魯棒性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的控制算法，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效率控制，針對(duì)高開(kāi)關(guān)頻率導(dǎo)致的死區(qū)效應(yīng)，開(kāi)展諧波電流補(bǔ)償和自適應(yīng)死區(qū)補(bǔ)償方法研究，進(jìn)一步提高電機(jī)及整體系統(tǒng)的控制性能；為解決高頻驅(qū)動(dòng)電路橋臂串?dāng)_和逆變器散熱問(wèn)題，設(shè)計(jì)串?dāng)_抑制和故障保護(hù)電路，通過(guò)分析 SiC 功率器件的損耗模型，設(shè)計(jì)高效冷卻系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，延長(zhǎng)使用壽命。

（4）軟磁復(fù)合材料電機(jī)系統(tǒng)規(guī)?；a(chǎn)及示范應(yīng)用研究。為解決線圈繞線過(guò)程脫模困難的問(wèn)題，開(kāi)展 SMC 軸向盤(pán)式永磁電機(jī)定子繞組繞制工藝技術(shù)研究；為實(shí)現(xiàn)定子鐵心和定子線圈固定，同時(shí)提高散熱效率，開(kāi)展 SMC 軸向盤(pán)式永磁電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子總成及裝配工藝技術(shù)、轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁板裝配工裝及系統(tǒng)工藝技術(shù)研究，建立 SMC 永磁電機(jī)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(jī)控制器生產(chǎn)線。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn) SMC 永磁電機(jī)系統(tǒng)的規(guī)?；a(chǎn)及應(yīng)用推廣。

（三）核心團(tuán)隊(duì)介紹：核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)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(fù)旦大學(xué)EMBA，山東中瑞電子股份有限公司董事長(zhǎng)，系國(guó)家科技部創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才、國(guó)家“科技庫(kù)”在庫(kù)專(zhuān)家、中組部“萬(wàn)人計(jì)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(dān)了國(guó)家發(fā)改委重大專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家火炬計(jì)劃、國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品、國(guó)家國(guó)際科技合作計(jì)劃、山東省科技攻關(guān)項(xiàng)目等國(guó)家、省、市級(jí)項(xiàng)目30多項(xiàng)，獲省、市級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)、科技創(chuàng)新獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)16項(xiàng)，擁有50項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利。參與行業(yè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定和起草工作1項(xiàng)（IEC 60424-8/鐵氧體磁芯表面缺陷極限導(dǎo)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(xué)EMBA，研究生學(xué)歷，中國(guó)軟磁復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書(shū)長(zhǎng)，1998年7月--2005年8月，山東省臨沂市人事局，科級(jí)；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(guó)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(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(yàn)，主持或參與國(guó)家級(jí)科研課題1項(xiàng)、市級(jí)科研課題1項(xiàng)，申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利5項(xiàng)，實(shí)用新型專(zhuān)利9項(xiàng)（已授權(quán)7項(xiàng)），外觀設(shè)計(jì)專(zhuān)利1項(xiàng)（已授權(quán)1項(xiàng)），獲得臨沂市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)目和臨沂市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)各3項(xiàng)。

2.研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(jí)工程師，博士研究方向?yàn)楦咝阅艽判圆牧系闹苽?，期間發(fā)表SCI核心期刊論文3篇，申請(qǐng)專(zhuān)利11項(xiàng)，其中發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng)，實(shí)用新型專(zhuān)利9項(xiàng)，先后參與國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目、臨沂市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)際合作項(xiàng)目和寧波市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)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(yàn)。

常文全，男，1962年10月出生，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)電機(jī)專(zhuān)業(yè)，大學(xué)本科學(xué)歷，高級(jí)工程師。擁有40余年的電機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。1985年7月至2007年4月在博山電機(jī)廠工作，其中1985年7月至1993年在博山電機(jī)廠二分廠從事單、三相異步電動(dòng)機(jī)及多速電機(jī)設(shè)計(jì)工作；1993年調(diào)技術(shù)中心交流電機(jī)設(shè)計(jì)室，從事單、三相交流異步電動(dòng)機(jī)、變頻電機(jī)、多速電機(jī)和永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)工作，并任設(shè)計(jì)室主任，2001年-2007年任交流電機(jī)研究所所長(zhǎng)、主任工程師。2007年5月至2010年6月在浙江某電機(jī)有限公司從事單、三相電機(jī)、隔爆電機(jī)、變頻電機(jī)、高效（EFF2）、超高效（EFFI）設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作，任技術(shù)開(kāi)發(fā)部部長(zhǎng)。2010年7月至2016年3月青島海爾電機(jī)研發(fā)部從事電機(jī)開(kāi)發(fā)工作，擔(dān)任研發(fā)部長(zhǎng)。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(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作，擔(dān)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(dān)任電機(jī)技術(shù)總工。