奖项类别

科技进步奖（技术开发类）

主要完成单位

北京交通大学，精进电动股份有限公司，清华大学，德州恒力电机有限责任公司

主要完成人

洪剑锋，李伟力，刘文茂，张凯贺，曹君慈，桂林，巩方彬，乔田怀，高美玲、樊惠燕

项目亮点

针对永磁电机在严苛工况运行时存在的热失控、振动和噪声加剧等世界性难题，在国家多项重大项目支持下，攻克了复杂工况下永磁电机系统热交换-噪声管理等多项关键技术瓶颈，实现了电机热点抑制及噪声指标的突破，构建了涵盖研发设计、生产集成、服役监测的全流程技术体系。

项目介绍

高效能永磁电机系统作为国家制造强国与军民融合战略的核心动力装备。面对极端服役环境和高速、高过载等复杂多变严苛运行工况，电机系统存在三大技术瓶颈：复杂环境下热管理失效引发的永磁体失磁与绕组过热；高速工况电磁振动噪声抑制难题；整车级振动噪声与热失控风险协同控制缺失。在国家重点研发计划、工信部重大产业基金等项目支持下，项目突破了多项关键技术，取得三大创新：

1.首创机械-热-电磁多场协同热控理论，攻克定子发卡绕组端部热电设计、转子护套复合结构、三端口冷却等核心技术，建立路况驱动的发卡绕组匝-层-槽三维优化模型，端部温度均匀性提升40%，整机减重25%~30%；提出护套材料-厚度-工况多维映射设计法，涡流损耗降低30%，护套寿命提升2倍；颠覆单端口冷却模式，发明轴向-径向多向油水协同冷却拓扑，定子轴向温差≤5K，永磁体健康度提升50%。电机系统平均温降10–12K，90%高效区占比超91%。

2.针对高端装备对永磁电机系统振动噪声的严苛要求，构建了永磁电机系统电磁、激振力、振动和噪声场解析模型，揭示了定子齿在振动噪声传递过程中的机械调制机理及切向力的作用规律，研制出转子永磁体轴向错段式分布新结构及定子阻尼减振降噪新结构，提出了高精度电机加工工艺，确保了电机定子、转子等核心部件的精密装配，实现了电动汽车永磁电机系统噪声水平68.3dB和舰艇电机系统噪声多功率段低于美国军事(MIL)标准2-4dB的高性能噪声指标。

3.针对强冲击振动与整车噪音、振动与声振粗糙度难题，首创“振动-热管理-结构集成”三位一体协同控制体系与轴系一体化工艺，提出整车级“特征谐波定向消/注法”，融合多传感器柔性驱动与随机空间矢量调制技术，实现NVH链式控制；创新多路况变转矩电驱系统智能热管理技术，攻克狭窄空间局部过热难题。研发出球首款更轻、更节能、成本更低的“3000系列深度集成三合一纯电驱动系统”，轴向尺寸缩短15%以上，传动效率大于95%。

研发的三合一电驱系统在国内独家供货于克莱斯勒、福特、大众、等众多国际巨头车企，研发产品已批量列装于雪龙号、首艘国产爱达摩都号邮轮、多型号航母和两栖攻击舰等，舰艇电机市场占有率超80%。三年直接经济效益59亿元。获中国发明专利70余项，国际发明专利3项，国标/国军标3项，发表标志性高水平SCI一区论文60余篇，其中高被引论文3篇，热点文章1篇。由中国工程院顾国彪、王国法院士组成的专家组，认为项目达到了国际领先水平。

项目图片

完成单位介绍及对项目的贡献

北京交通大学贡献：

负责项目的总体规划、方案设计和关键技术攻关。 

1）建立了计及路况环境的机械-电-热-控多场协同的数学分析模型，构建了基于热控制的电机效率与成本多目标优化方法，发明了抑制定子绕组顶匝过高热点温度的方法，解决了在高负载、高温工作下永磁电动机过热、以及电池超温而引发爆燃事故发生的技术难题；

2）提出一种绕组绝缘导热系数的推算方法。结合绕组结构和材料，建立绕组有限元瞬态温度场求解模型，解决了绕组绝缘导热系数与电机温度的之间关联性问题，对于电机的热管理和温度场分布规律探究具有重要意义。

3）提出了“电磁场-结构场-噪声场”多物理场联合仿真分析方法，构建了考虑绕组影响下的定子结构三维模型，考虑了定子齿的斩波效应和切向力作用，揭示了电机定子结构电磁振动响应特性，明确了电机本体机械部件结构、部件间连接方式与位置分布等参数，为永磁电机电磁振动噪声优化提供了数据支撑和理论指导。

精进电动科技股份有限公司贡献：

负责项目的关键技术攻关和推广应用。

为解决新能源车用永磁电机行业重大问题，在工信部国家级重大产业化项目“高功率高效电驱动总成系统开发及产业化”的支持下，精进电动科技股份有限公司与北京交通大学等高校协同合作，在新能源车用永磁电机的热交换-噪声管理等关键技术做了大量的理论研究与推广应用工作。在项目实施过程中，提出了一种集成电机，解决了现有技术中两台电机串联连接大大增加电机轴向尺寸和重量的问题，并授权了美国发明专利。

完成了高可靠性新能源车用电机的设计、生产、测试、加工、推广应用等工作，负责项目产品开发和生产工艺上的技术革新，建设完成国际领先的全自动电机加工生产线，成为“国家超级工程”之一，提升了产品的工艺性能，保证大批量电机加工精度的一致性，实现了电机加工全流程的“黑灯工厂”。研发的高功率高效率电驱动技术荣获“全球新能源汽车创新技术”大奖。

清华大学贡献：

负责项目的关键技术攻关。

1)本单位针对永磁电机系统振动噪声机理等关键科学问题，探究了不同阶次电磁力作用下的电机振动和噪声规律特性，揭示了电机振动-响应的频响函数机理，实现了采用非物理激振器辨识振动模态参数。此外，揭示了不同安装方式、结构舰船用永磁电机的振动噪声特性规律，形成了低振动噪声电机方案。揭示了转子斜槽结构对电磁力波的影响机制，设计了一种高速船用电机径向转子斜槽结构，研究了不同轴向斜槽角度对径向气隙磁密、径向电磁力和谐波幅值影响规律。

2)针对船舶领域极端工况（如高湿度、强振动、大负载波动等），突破传统电机设计瓶颈，提出了基于多物理场耦合的优化设计方法。通过电磁-结构-热场协同仿真，解决了低频高负载下的转矩脉动、效率衰减及温升控制难题，显著提升了电机在复杂工况下的性能稳定性与可靠性。

德州恒力电机有限责任公司贡献：

负责项目的关键技术攻关和推广应用。

1)发明了一种舰船用低速大转矩永磁电机结构。该结构将散热机构设于电机主体上，从而方便在使用时对电机主体进一步起到液冷和风冷相配合的散热效果，提高对电机主体的散热效率。通过防护机构和锁紧机构的配合，能有效降低永磁电机对外的振动噪声。

2)发明了舰船用高速电机全封闭轴向“双 S 型”水冷结构，明确了不同水冷路径对电机结构温升的影响规律，确定了最佳的冷却水流动路径和水道截面积。设计了舰船用低振动高速电机结构。

3)开展了卓有成效的产品推广与应用工作，制定了多项国家/团体标准，实现了国产化舰船用高速低噪声电机的批量生产，性能优于美国军用规范指标。在国产首艘爱达魔都号邮轮、LNG 船、雪龙号极地考察船和国产辽宁、山东、福建航母上，得到了大范围的应用，在舰船用电机方面，市场占有率70%以上，取得显著经济效益。

第一完成人简介

洪剑锋 副教授

北京交通大学

洪剑锋，北京交通大学电气工程学院副教授，入选校青年英才II类计划。入选清华大学“水木学者”计划。研究方向为舰艇/轨道交通/电动汽车用高性能永磁电机及电力变压器系统电-磁-热-结构-振动噪声多物理场分析与减振降噪技术研究以及工业设备的在线监测管理。主持和参与多项与电机系统振动噪声相关的科技部、国家重点研发、国家自然科学基金项目、国家重点实验室项目及横向项目四十余项。发表与电机振动噪声相关的SCI论文25篇，授权5项发明专利，荣获中国仪器仪表学会创新大赛二等奖，研发的多种低振动噪声电机已经在企业应用。