http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-08 07:14:13 來源:科技日報
導讀:電(dian)機(ji)涉(she)及(ji)到(dao)方(fang)方(fang)麵(mian)麵(mian),從(cong)發(fa)電(dian),到(dao)用(yong)電(dian)。任(ren)何(he)一(yi)點(dian)電(dian)機(ji)效(xiao)率(lv)的(de)提(ti)高(gao)對(dui)行(xing)業(ye)來(lai)講(jiang)都(dou)特(te)別(bie)重(zhong)要(yao)。中(zhong)國(guo)是(shi)世(shi)界(jie)上(shang)最(zui)大(da)的(de)電(dian)機(ji)生(sheng)產(chan)國(guo),但(dan)是(shi)中(zhong)國(guo)電(dian)機(ji)的(de)出(chu)口(kou)和(he)整(zheng)體(ti)水(shui)平(ping),跟(gen)國(guo)外(wai)還(hai)有(you)不(bu)少(shao)的(de)差(cha)距(ju),特(te)別(bie)是(shi)效(xiao)率(lv)和(he)材(cai)料(liao)消(xiao)耗(hao)方(fang)麵mian。要yao想xiang最zui大da地di降jiang低di損sun耗hao,最zui大da效xiao率lv利li用yong能neng源yuan,高gao效xiao節jie能neng電dian機ji無wu疑yi是shi最zui好hao的de選xuan擇ze。但dan是shi由you於yu成cheng本ben較jiao高gao,其qi市shi場chang普pu及ji率lv並bing不bu高gao。麵mian對dui這zhe個ge問wen題ti,來lai看kan專zhuan家jia如ru何he回hui答da。
人類目前使用的絕大部分電能都是由發電機產生的,據統計,全世界工業用電動機消耗了總發電量的30%—40%,在我國,超過60%的年發電量被各種各樣的電動機所消耗,轉換為機械動力。
如(ru)何(he)最(zui)大(da)地(di)降(jiang)低(di)這(zhe)種(zhong)自(zi)身(shen)損(sun)耗(hao),最(zui)大(da)效(xiao)率(lv)利(li)用(yong)能(neng)源(yuan),高(gao)效(xiao)節(jie)能(neng)電(dian)機(ji)無(wu)疑(yi)是(shi)最(zui)好(hao)的(de)選(xuan)擇(ze)。但(dan)是(shi)由(you)於(yu)成(cheng)本(ben)較(jiao)高(gao),其(qi)市(shi)場(chang)普(pu)及(ji)率(lv)並(bing)不(bu)高(gao)。麵(mian)對(dui)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti),在(zai)電(dian)機(ji)行(xing)業(ye)專(zhuan)心(xin)探(tan)求(qiu)數(shu)十(shi)年(nian)的(de)曲(qu)榮(rong)海(hai)教(jiao)授(shou)用(yong)一(yi)句(ju)話(hua)來(lai)回(hui)答(da):“降低研發成本,降低材料成本,降低自身能源損耗,提高輸出效率”。而這,也正是這位務實專注的科學家一直在做的事情。
“心有多大,路有多遠。”有些人的人生曲線, 注定要與眾不同。
從cong意yi氣qi風feng發fa的de草cao原yuan兒er郎lang成cheng為wei上shang世shi紀ji八ba十shi年nian代dai的de清qing華hua驕jiao子zi,從cong求qiu學xue就jiu職zhi十shi多duo年nian的de水shui木mu清qing華hua再zai到dao大da洋yang彼bi岸an的de美mei國guo威wei斯si康kang辛xin大da學xue,從cong讓rang人ren夢meng寐mei以yi求qiu的deGE研發中心總部高級工程師到華中科技大學教授,他的腳步橫跨了半個地球,但是當你細細察看,每個腳印裏都隻有四個字:中國電機。
他就是華中科技大學電氣與電子工程學院副院長、博士、博士生導師曲榮海教授,國家“千人計劃”特聘專家,強磁場工程與新技術國家重點實驗室副主任,IEEE高級會員,IEEE多個會議和期刊審稿人,Sigma Xi會員,中國電工技術學會高級會員,擁有中國、美國、日本、歐盟等10個國家和地區的發明專利幾十項……盡管有這一長串成就,他卻始終給人一種如沐春風的感覺。走近他,他的儒雅有致、條理分明使得交流都成為一種學習和享受,那枯燥辛苦的科學探求之路也讓他以淺顯風趣的語言娓娓道來
遠渡重洋,漫漫電機探索路
對(dui)曲(qu)榮(rong)海(hai)來(lai)說(shuo),當(dang)初(chu)深(shen)藏(zang)內(nei)心(xin)深(shen)厚(hou)的(de)清(qing)華(hua)情(qing)緣(yuan)遠(yuan)赴(fu)美(mei)國(guo),隻(zhi)是(shi)為(wei)了(le)今(jin)天(tian)的(de)厚(hou)重(zhong)回(hui)歸(gui)。而(er)這(zhe)些(xie)年(nian)來(lai)的(de)辛(xin)苦(ku)求(qiu)學(xue)和(he)科(ke)研(yan)工(gong)作(zuo),也(ye)都(dou)隻(zhi)有(you)一(yi)個(ge)目(mu)標(biao),那(na)就(jiu)是(shi)振(zhen)興(xing)中(zhong)國(guo)電(dian)機(ji)產(chan)業(ye),讓(rang)中(zhong)國(guo)有(you)能(neng)力(li)生(sheng)產(chan)出(chu)世(shi)界(jie)頂(ding)級(ji)電(dian)機(ji),徹(che)底(di)擺(bai)脫(tuo)對(dui)於(yu)國(guo)外(wai)的(de)技(ji)術(shu)依(yi)賴(lai)。
在zai這zhe個ge過guo程cheng中zhong,他ta的de努nu力li也ye為wei他ta帶dai來lai了le一yi般ban人ren難nan以yi企qi及ji的de成cheng就jiu。數shu十shi年nian來lai,曲qu榮rong海hai以yi高gao參can數shu複fu雜za電dian磁ci結jie構gou裝zhuang置zhi與yu係xi統tong為wei研yan究jiu對dui象xiang,進jin行xing多duo種zhong新xin型xing特te種zhong電dian機ji的de設she計ji與yu研yan發fa,先xian後hou提ti出chu了le多duo種zhong新xin原yuan理li和he新xin方fang法fa,發fa明ming了le多duo種zhong新xin型xing電dian機ji拓tuo撲pu,其qi研yan究jiu成cheng果guo處chu於yu國guo際ji領ling先xian水shui平ping,在zai電dian磁ci場chang耦ou合he機ji電dian能neng量liang轉zhuan換huan理li論lun研yan究jiu、大型永磁風力發電機、新型大功率海底永磁電機、高電磁參數電磁裝置等領域均取得了標誌性成果。
而他在電機領域的探索亦早已顯露出了非凡的天份。早在2003年,曲榮海剛剛進入美國GE公司全球研發中心總部,就一鳴驚人地根據多電磁場耦合機電能量轉換原理,發明了新型高功率密度雙側(雙轉子或雙定子)電機拓撲,並形成了完整的理論和設計方法。與普通單側電機相比,該電機功率密度提高了80%以上,成功排除了大型直驅式電機向更高功率發展的障礙。該技術後來應用在了由美國能源部支持的3.5兆瓦永磁直驅風電機組的研製中,是世界範圍內首次將雙側電機技術應用於風電領域。憑借這項發明,他榮獲了GE全球研發中心技術成就獎,發表的相關學術論文獲得2002年IEEE IAS電機委員會頒發的最佳論文獎。
2004年nian,曲qu榮rong海hai再zai創chuang新xin高gao,發fa展zhan了le高gao電dian磁ci參can數shu電dian磁ci裝zhuang置zhi的de設she計ji和he運yun行xing理li論lun,發fa明ming了le多duo種zhong超chao導dao電dian機ji拓tuo撲pu結jie構gou。超chao導dao發fa電dian機ji是shi一yi種zhong采cai用yong超chao導dao體ti替ti代dai常chang規gui導dao體ti製zhi造zao的de電dian機ji,由you於yu超chao導dao材cai料liao中zhong可ke以yi流liu過guo很hen大da的de電dian流liu,建jian立li很hen強qiang的de勵li磁ci磁ci場chang,因yin此ci它ta能neng極ji大da地di提ti高gao發fa電dian機ji的de功gong率lv密mi度du,使shi發fa電dian機ji結jie構gou更geng加jia緊jin湊cou,體ti積ji和he重zhong量liang顯xian著zhu降jiang低di。值zhi得de一yi提ti的de是shi,它ta在zai非fei額e定ding負fu載zai情qing況kuang下xia的de效xiao率lv也ye較jiao高gao,這zhe一yi點dian對dui於yu功gong率lv隨sui風feng速su隨sui機ji波bo動dong的de風feng力li發fa電dian機ji尤you為wei重zhong要yao。同tong時shi,超chao導dao發fa電dian機ji還hai具ju有you低di振zhen動dong、低噪聲、電壓波形正弦性好等優點。
風力發電機的研發是提高風電機組技術水平和核心競爭力的關鍵。2003至2010年期間,曲榮海基於電磁結構與機械傳動結構一體化設計原理,成功研發了多種大型永磁風力發電機,包括高速、中速和直驅式永磁發電機,同時發明了多種電機拓撲結構、磁鋼保護方法、線圈繞製方法等,並應用於實際;在中速發電機中,曲榮海將變速箱和永磁發電機集成一體化,縮短了機組軸向長度,提高了機組效率,顯著降低了機組的製造、運輸和安裝成本。該技術是目前世界上風力發電機領域最先進的技術之一,代表著中高速風電機組的重要發展方向。
在航空及海底電機技術研究上,高可靠性對於航空電機、海(hai)底(di)電(dian)機(ji)等(deng)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao),對(dui)此(ci)他(ta)提(ti)出(chu)了(le)一(yi)套(tao)在(zai)惡(e)劣(lie)工(gong)況(kuang)下(xia)提(ti)高(gao)電(dian)磁(ci)裝(zhuang)置(zhi)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)設(she)計(ji)原(yuan)理(li),並(bing)將(jiang)其(qi)應(ying)用(yong)於(yu)新(xin)型(xing)高(gao)容(rong)錯(cuo)能(neng)力(li)航(hang)空(kong)永(yong)磁(ci)發(fa)電(dian)機(ji)和(he)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)大(da)功(gong)率(lv)海(hai)底(di)永(yong)磁(ci)電(dian)機(ji)的(de)設(she)計(ji)當(dang)中(zhong)。
……
在(zai)他(ta)看(kan)來(lai),現(xian)有(you)的(de)成(cheng)績(ji)並(bing)非(fei)終(zhong)點(dian),而(er)隻(zhi)是(shi)一(yi)種(zhong)準(zhun)備(bei),一(yi)種(zhong)為(wei)今(jin)日(ri)所(suo)做(zuo)事(shi)業(ye)的(de)必(bi)經(jing)過(guo)程(cheng)。不(bu)同(tong)的(de)是(shi),過(guo)去(qu)他(ta)是(shi)一(yi)個(ge)人(ren)在(zai)努(nu)力(li),而(er)現(xian)在(zai),他(ta)正(zheng)致(zhi)力(li)於(yu)使(shi)更(geng)多(duo)的(de)人(ren)對(dui)這(zhe)個(ge)學(xue)科(ke)更(geng)加(jia)了(le)解(jie)、熱愛,與他並肩而戰。
人才建設,引領技術創新潮
“電(dian)機(ji)涉(she)及(ji)到(dao)方(fang)方(fang)麵(mian)麵(mian),從(cong)發(fa)電(dian),到(dao)用(yong)電(dian)。任(ren)何(he)一(yi)點(dian)電(dian)機(ji)效(xiao)率(lv)的(de)提(ti)高(gao)對(dui)行(xing)業(ye)來(lai)講(jiang)都(dou)特(te)別(bie)重(zhong)要(yao)。中(zhong)國(guo)是(shi)世(shi)界(jie)上(shang)最(zui)大(da)的(de)電(dian)機(ji)生(sheng)產(chan)國(guo),但(dan)是(shi)中(zhong)國(guo)電(dian)機(ji)的(de)出(chu)口(kou)和(he)整(zheng)體(ti)水(shui)平(ping),跟(gen)國(guo)外(wai)還(hai)有(you)不(bu)少(shao)的(de)差(cha)距(ju),特(te)別(bie)是(shi)效(xiao)率(lv)和(he)材(cai)料(liao)消(xiao)耗(hao)方(fang)麵(mian)。”
整個采訪過程中,他提到最多的是技術核心的原始創新:“womenyaozuojiuyaozuochuncuizhongguoxuetongde,yaozuojiuzuozuihaode,dangranyeshizuishiyingzhongguoshichangde。zheqizhongzuiweiguanjiande,haishirencai,woguozhefangmianderencaitaixiquele,xianzairencaitiduijianshekeburonghuan。”
為此,2010年8月中組部引進風電領域“千人計劃”向xiang他ta拋pao出chu橄gan欖lan枝zhi時shi,他ta立li即ji放fang下xia蒸zheng蒸zheng日ri上shang的de事shi業ye,離li開kai在zai美mei國guo的de妻qi子zi和he求qiu學xue的de孩hai子zi,孤gu身shen飛fei回hui祖zu國guo,全quan職zhi加jia入ru華hua中zhong科ke技ji大da學xue電dian氣qi與yu電dian子zi工gong程cheng學xue院yuan。作zuo為wei領ling軍jun人ren,曲qu榮rong海hai依yi托tuo華hua中zhong科ke技ji大da學xue電dian氣qi與yu電dian子zi工gong程cheng學xue院yuan,於yu2011年9月(yue)正(zheng)式(shi)成(cheng)立(li)華(hua)中(zhong)科(ke)技(ji)大(da)學(xue)創(chuang)新(xin)電(dian)機(ji)技(ji)術(shu)研(yan)究(jiu)中(zhong)心(xin)。該(gai)中(zhong)心(xin)定(ding)位(wei)於(yu)基(ji)礎(chu)和(he)應(ying)用(yong)研(yan)究(jiu),立(li)足(zu)國(guo)際(ji)科(ke)技(ji)前(qian)沿(yan),以(yi)滿(man)足(zu)國(guo)家(jia)重(zhong)大(da)戰(zhan)略(lve)需(xu)求(qiu)為(wei)出(chu)發(fa)點(dian),力(li)爭(zheng)在(zai)電(dian)機(ji)設(she)計(ji)和(he)驅(qu)動(dong)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)方(fang)麵(mian)成(cheng)為(wei)世(shi)界(jie)一(yi)流(liu)的(de)科(ke)技(ji)創(chuang)新(xin)研(yan)究(jiu)平(ping)台(tai)。
僅(jin)僅(jin)兩(liang)年(nian)的(de)時(shi)間(jian),在(zai)學(xue)院(yuan)支(zhi)持(chi)和(he)他(ta)的(de)個(ge)人(ren)努(nu)力(li)之(zhi)下(xia),中(zhong)心(xin)的(de)建(jian)設(she)已(yi)經(jing)初(chu)具(ju)規(gui)模(mo)。在(zai)基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)方(fang)麵(mian),搭(da)建(jian)了(le)三(san)個(ge)特(te)種(zhong)電(dian)機(ji)測(ce)試(shi)平(ping)台(tai),購(gou)置(zhi)了(le)一(yi)係(xi)列(lie)相(xiang)關(guan)儀(yi)器(qi)設(she)備(bei),為(wei)今(jin)後(hou)的(de)科(ke)研(yan)課(ke)題(ti)研(yan)究(jiu)打(da)下(xia)了(le)必(bi)要(yao)的(de)物(wu)質(zhi)基(ji)礎(chu);在人才培養方麵,他正在培養十位碩士、八位博士研究生和一位博士後,同時正在引進海外電機人才,包括一名國家“青年千人計劃”專家、一名湖北省特聘專家等,並積極聯合院係內二十多位教師、十多位教授參與課題研發;在教學方麵,針對學生對電機設計知識的缺乏,計劃開設一門電機設計全英語課程,以推動教學質量的全麵提高;在學術交流方麵,具有長期海外工作經曆的他充分利用國際資源,開展了多次交流活動,包括邀請國外著名教授來訪考察、參加頂尖國際會議、受邀至國外高校發表學術報告等。
有夢想,才有可能成功!這些具體的工作,可謂繁重龐雜,但曲榮海卻樂在其中,因為,他離自己的夢想更近了。
“做最好的新型高效節能電機,爭取早日實現中國從電機大國向電機強國的跨越!”,這(zhe)看(kan)似(si)口(kou)號(hao)的(de)一(yi)句(ju)話(hua)卻(que)在(zai)曲(qu)海(hai)榮(rong)心(xin)中(zhong)響(xiang)了(le)二(er)十(shi)多(duo)年(nian)。對(dui)當(dang)年(nian)那(na)個(ge)青(qing)澀(se)的(de)清(qing)華(hua)學(xue)子(zi)來(lai)說(shuo),這(zhe)也(ye)許(xu)隻(zhi)是(shi)一(yi)個(ge)夢(meng)想(xiang),如(ru)今(jin),卻(que)已(yi)然(ran)成(cheng)為(wei)他(ta)的(de)事(shi)業(ye)理(li)想(xiang),也(ye)是(shi)他(ta)從(cong)未(wei)改(gai)變(bian)的(de)方(fang)向(xiang)。
對 話
問:我國在電機研發方麵,同國際先進技術相比有哪些方麵的差距?對行業影響有多大?
曲榮海:就中小型異步電機來說,跟國外的比,我國一個同等性能的電機多用10%—20%的材料,而中國的產量每年大約有1.3億千瓦,僅此一項每年就浪費了約10億多元。可是我們賣的價格還相對低,這樣利潤就會降低很多。我國的中小型電機的效率平均大約89%,而高效電機的效率平均可達94%,我國因此每年多耗電530億(yi)多(duo)千(qian)瓦(wa)時(shi)。這(zhe)還(hai)隻(zhi)是(shi)大(da)眾(zhong)產(chan)品(pin),雖(sui)然(ran)成(cheng)本(ben)很(hen)高(gao)但(dan)還(hai)能(neng)做(zuo)出(chu)來(lai),還(hai)有(you)很(hen)多(duo)是(shi)做(zuo)不(bu)出(chu)來(lai)的(de)。比(bi)如(ru)說(shuo)中(zhong)國(guo)的(de)高(gao)鐵(tie)很(hen)發(fa)達(da)吧(ba),高(gao)鐵(tie)裏(li)的(de)牽(qian)引(yin)電(dian)機(ji)也(ye)是(shi)國(guo)產(chan)的(de),但(dan)原(yuan)始(shi)技(ji)術(shu)卻(que)是(shi)進(jin)口(kou)的(de)。很(hen)多(duo)的(de)基(ji)礎(chu)建(jian)設(she)和(he)大(da)型(xing)設(she)備(bei),我(wo)們(men)為(wei)什(shen)麼(me)不(bu)能(neng)進(jin)行(xing)原(yuan)始(shi)設(she)計(ji)原(yuan)始(shi)創(chuang)新(xin),一(yi)定(ding)要(yao)從(cong)國(guo)外(wai)引(yin)進(jin)?特(te)別(bie)是(shi)一(yi)些(xie)尖(jian)端(duan)技(ji)術(shu),在(zai)國(guo)際(ji)上(shang)技(ji)術(shu)都(dou)是(shi)封(feng)鎖(suo)的(de),我(wo)們(men)又(you)該(gai)怎(zen)麼(me)辦(ban)?這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)困(kun)惑(huo)了(le)我(wo)很(hen)多(duo)年(nian),也(ye)激(ji)勵(li)了(le)我(wo)很(hen)多(duo)年(nian)。
好hao在zai現xian在zai我wo們men國guo家jia已yi經jing意yi識shi到dao這zhe個ge問wen題ti的de嚴yan重zhong性xing,前qian段duan時shi間jian我wo看kan到dao國guo務wu院yuan一yi個ge文wen件jian就jiu是shi加jia快kuai改gai進jin,提ti高gao電dian機ji的de轉zhuan換huan效xiao率lv,這zhe方fang麵mian已yi經jing很hen迫po切qie了le。
問:如果國內的所有電機技術能更新,每年能節約多少能源?
曲榮海:如果都能提高一點,哪怕1%,那全國的整體效益非常大。很多人認為,電機就是個器械,我買了用就行,大家沒有在意,也許你的電機多花了15%,多duo花hua點dian錢qian,不bu在zai意yi。但dan大da家jia沒mei意yi識shi到dao電dian機ji在zai中zhong國guo的de工gong業ye裏li無wu所suo不bu在zai,涉she及ji麵mian太tai廣guang。比bi如ru變bian頻pin空kong調tiao技ji術shu,被bei評ping為wei國guo家jia級ji獎jiang,為wei什shen麼me它ta能neng評ping獎jiang呢ne,就jiu是shi因yin為wei節jie能neng,那na麼me多duo空kong調tiao都dou提ti高gao5%,能節省多少?規模效益,但是空調這種的電機在所有電機裏占的還是很小的一部分。我國中小型電機因為效率問題,每年多耗電530億多千瓦時,浪費相當驚人,任何運動的東西沒有不用到電機的,所以這個行業還有很多事情要做。我現在做的比如牽引電機、風電發電機、永磁電機和超導電機、伺服電機等,這幾個方向都是比較熱門的,也有很多的工作要做。
我現在正在作一個調研報告,各種電機和國際標準差多少,然後材料浪費了多少,但這個想做詳細、準確了很難,需要很多方麵的支持。我現在想做的就是把中國電機行業的整體水平調研出來。
問:在目前的研發過程中,您最重視的是什麼?您現在產業化方麵開始進行了嗎?有什麼想法?
曲榮海:優化。我經常說,你買國外設計,那是對他來說最好的產品, 但對你來說不一定是最好的。產品是怎麼設計的,要有很多優化。優化什麼?優化的目標是什麼?
shouxian,zaimanzugongnengdeqingkuangxia,jinliangjiangdizhonglianghechengben。birushuo,womenshejiyigedianji,benlaiyigedianjiyinggaishejichengzhijingdayixie,duanyixie,zheyangshejishizuiyouhuade,chanpinzuiqing,yongliaozuishao。danshiguowaidegaosugongluzhinengyunshu4米的長度,那運輸成本就漲上去了。對比一下,還不如設計成細一點長一點,運輸成本能降低很多,整體成本也會下降。在中國可能是4.2米,也可能是3.8米,這個結果是不同的。所以我們設計的時候要考慮到很精細的程度,這就是優化。
功能做到了,還有很多東西要細化。比如具體到每一個尺寸,做到什麼程度,是和生產加工工藝有關的。我們能加工到1毫米,那就設計1毫米。如果你設計的是1毫(hao)米(mi),但(dan)你(ni)加(jia)工(gong)不(bu)了(le),那(na)就(jiu)是(shi)設(she)計(ji)得(de)不(bu)好(hao),不(bu)實(shi)用(yong),就(jiu)是(shi)一(yi)種(zhong)浪(lang)費(fei)。在(zai)這(zhe)方(fang)麵(mian),我(wo)們(men)一(yi)定(ding)要(yao)有(you)做(zuo)設(she)計(ji)的(de)精(jing)打(da)細(xi)算(suan),最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)理(li)解(jie)就(jiu)是(shi)最(zui)少(shao)投(tou)入(ru)和(he)最(zui)大(da)產(chan)出(chu)。
產chan業ye化hua目mu前qian還hai沒mei有you,因yin為wei我wo希xi望wang先xian做zuo好hao技ji術shu,根gen據ju我wo國guo的de特te點dian設she計ji出chu好hao產chan品pin,然ran後hou再zai產chan業ye化hua。好hao的de東dong西xi做zuo出chu來lai是shi不bu愁chou市shi場chang的de。目mu前qian來lai講jiang,需xu要yao項xiang目mu出chu來lai了le再zai去qu產chan業ye化hua,這zhe樣yang才cai比bi較jiao有you意yi義yi。我wo們men現xian在zai做zuo的de東dong西xi,不bu僅jin僅jin是shi一yi個ge發fa現xian,而er是shi一yi個ge係xi統tong工gong程cheng,這zhe需xu要yao一yi個ge過guo程cheng和he時shi間jian。