http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-07 21:09:50 來源:科技日報
導讀:dianjishejidaofangfangmianmian,congfadian,daoyongdian。renheyidiandianjixiaolvdetigaoduixingyelaijiangdoutebiezhongyao。zhongguoshishijieshangzuidadedianjishengchanguo,danshizhongguodianjidechukouhezhengtishuiping,genguowaihaiyoubushaodechaju,tebieshixiaolvhecailiaoxiaohaofang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。
ruhezuidadijiangdizhezhongzishensunhao,zuidaxiaolvliyongnengyuan,gaoxiaojienengdianjiwuyishizuihaodexuanze。danshiyouyuchengbenjiaogao,qishichangpujilvbingbugao。mianduizhegewenti,zaidianjixingyezhuanxintanqiushushiniandequronghaijiaoshouyongyijuhualaihuida:“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
duiquronghailaishuo,dangchushenzangneixinshenhoudeqinghuaqingyuanyuanfumeiguo,zhishiweilejintiandehouzhonghuigui。erzhexienianlaidexinkuqiuxuehekeyangongzuo,yedouzhiyouyigemubiao,najiushizhenxingzhongguodianjichanye,rangzhongguoyounenglishengchanchushijiedingjidianji,chedibaituoduiyuguowaidejishuyilai。
zaizhegeguochengzhong,tadenuliyeweitadailaileyibanrennanyiqijidechengjiu。shushinianlai,quronghaiyigaocanshufuzadiancijiegouzhuangzhiyuxitongweiyanjiuduixiang,jinxingduozhongxinxingtezhongdianjideshejiyuyanfa,xianhoutichuleduozhongxinyuanlihexinfangfa,famingleduozhongxinxingdianjituopu,qiyanjiuchengguochuyuguojilingxianshuiping,zaidiancichangouhejidiannengliangzhuanhuanlilunyanjiu、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)。
……
zaitakanlai,xianyoudechengjibingfeizhongdian,erzhishiyizhongzhunbei,yizhongweijinrisuozuoshiyedebijingguocheng。butongdeshi,guoqutashiyigerenzainuli,erxianzai,tazhengzhiliyushigengduoderenduizhegexuekegengjialejie、熱愛,與他並肩而戰。
人才建設,引領技術創新潮
“dianjishejidaofangfangmianmian,congfadian,daoyongdian。renheyidiandianjixiaolvdetigaoduixingyelaijiangdoutebiezhongyao。zhongguoshishijieshangzuidadedianjishengchanguo,danshizhongguodianjidechukouhezhengtishuiping,genguowaihaiyoubushaodechaju,tebieshixiaolvhecailiaoxiaohaofangmian。”
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9yuezhengshichenglihuazhongkejidaxuechuangxindianjijishuyanjiuzhongxin。gaizhongxindingweiyujichuheyingyongyanjiu,lizuguojikejiqianyan,yimanzuguojiazhongdazhanlvexuqiuweichufadian,lizhengzaidianjishejihequdongkongzhijishufangmianchengweishijieyiliudekejichuangxinyanjiupingtai。
jinjinliangniandeshijian,zaixueyuanzhichihetadegerennulizhixia,zhongxindejiansheyijingchujuguimo。zaijichusheshifangmian,dajianlesangetezhongdianjiceshipingtai,gouzhileyixiliexiangguanyiqishebei,weijinhoudekeyanketiyanjiudaxialebiyaodewuzhijichu;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!”,zhekansikouhaodeyijuhuaquezaiquhairongxinzhongxiangleershiduonian。duidangniannageqingsedeqinghuaxuezilaishuo,zheyexuzhishiyigemengxiang,rujin,queyiranchengweitadeshiyelixiang,yeshitacongweigaibiandefangxiang。
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%,duohuadianqian,buzaiyi。dandajiameiyishidaodianjizaizhongguodegongyeliwusuobuzai,shejimiantaiguang。birubianpinkongtiaojishu,beipingweiguojiajijiang,weishenmetanengpingjiangne,jiushiyinweijieneng,nameduokongtiaodoutigao5%,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?
首(shou)先(xian),在(zai)滿(man)足(zu)功(gong)能(neng)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),盡(jin)量(liang)降(jiang)低(di)重(zhong)量(liang)和(he)成(cheng)本(ben)。比(bi)如(ru)說(shuo),我(wo)們(men)設(she)計(ji)一(yi)個(ge)電(dian)機(ji),本(ben)來(lai)一(yi)個(ge)電(dian)機(ji)應(ying)該(gai)設(she)計(ji)成(cheng)直(zhi)徑(jing)大(da)一(yi)些(xie),短(duan)一(yi)些(xie),這(zhe)樣(yang)設(she)計(ji)是(shi)最(zui)優(you)化(hua)的(de),產(chan)品(pin)最(zui)輕(qing),用(yong)料(liao)最(zui)少(shao)。但(dan)是(shi)國(guo)外(wai)的(de)高(gao)速(su)公(gong)路(lu)隻(zhi)能(neng)運(yun)輸(shu)4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)。