奖项类别

科技进步奖（基础研究类）

主要完成单位

香港城市大学

主要完成人

刘春华，刘毓鑫， 刘森轶， 黄润东，董治平

项目亮点

本项目通过巧妙去除传统电机中冗余的电源和信号电缆，突破了线缆连接带来的限制，显著提升了系统的运动自由度、运行可靠性及操作灵活性，最终成功研制出具有高自由度和高可靠性的一体化永磁无线电机系统。

项目介绍

《“十四五”智能制造发展规划》列出了四项重点任务，并强调了智能多轴加工中心、高精度数控磨床和智能移动机器人在智能制造装备创新发展行动中的重要作用，而高性能电机系统是以上智能制造装备的核心部件。繁杂的电机线缆严重限制了永磁电机的应用场景，现有的基础理论和设计理念仍然难以满足对防水性、防尘性、气密性和隔空性有特殊要求的场合。首先，电缆的存在极大地限制了永磁电机系统的灵活性和可靠性。例如，传统多级机器人依赖功率和信号电缆实现次级电机单元的供能与控制，并带来了一系列问题，如功率损耗、信号通信故障、传输效率低、关节模块笨重、需要频繁维护及关节自由度低等。其次，电缆的存在给绝尘性和隔空性带来了挑战。例如，在光刻机真空腔应用方面，电机线缆的引入难以保证工作台的完全封闭。因此，如何巧妙地消除电机上冗余的电源和信号电缆，突破线缆的局限，以增强系统的自由度和可靠性，并提供极高的操作灵活性，成为一个具有革命性和影响力的课题。

基于此，本项目在国家自然科学基金与深圳市科技创新委员会等项目资助下，经过数年持续攻关，提出了一种高自由度一体化永磁无线电机系统架构设计方法，建立了统一非线性模型与电机状态映射理论，突破了系统建模不完善、功率与信息传输耦合、信号失真等多重技术瓶颈，实现了高自由度、高可靠性一体化永磁无线电机的研制。具体包括：提出多物理场耦合设计方法，实现结构优化与高效集成；构建自适应参数识别与非线性建模体系，支持系统可靠运行；阐明能量-信息传输通道的解耦机制，建立高频-低频能量转换方法；发展无位置传感器观测技术，实现转速与位置的高精度辨识，为复杂工况下电机稳定运行提供理论与技术基础。

项目8篇代表作SCI他引372次，其中3篇入选ESI高被引论文，项目共发表SCI期刊论文90余篇，国际会议论文30余篇；获得2022年香港研资局研究学者奖，该奖在香港所有学科领域每年只有10位学者获得；获得国际期刊优秀论文奖和IEEE工业电子学会最佳学生论文奖；获得亚洲创新与发明展览会金奖、亚洲创新与发明展览会第三名与日内瓦发明展金奖。论文成果得到国内外多位院士和IEEE Fellow的正面引用和评价。

项目图片

完成单位介绍及对项目的贡献

香港城市大学为项目唯一完成单位。香港城市大学在2025年多项全球大学排名中表现突出，彰显了其国际竞争力与学术影响力。在US News全球大学排名中，该校位列第54位；在QS世界大学排名中位居第63位；在软科世界大学学术排名中，名列全球第99位，并在香港地区位列第二；同时，在泰晤士高等教育建校未满50年的年轻大学排名中，持续稳居全球前列。作为香港顶尖高校之一，香港城市大学长期致力于应对全球性重大挑战，推动社会创新与转型，积极吸引国际优秀科研人才，并与世界一流学术机构保持紧密合作。大学设有包括国家重点实验室、国家工程技术研究中心以及多个校级科研平台在内的一流基础设施，为高水准研究和跨学科合作提供坚实支撑。凭借成熟的科研管理机制和丰富的项目实施经验，香港城市大学能够有效保障本项目的顺利推进。本项目由香港城市大学电气能源与动力技术（EEPT）实验室具体承担，该平台为项目开展提供了充足的实验条件与技术支持。

第一完成人简介

刘春华 教授

香港城市大学

刘春华教授是香港城市大学讲席教授、博士生导师，其主要研究方向涵盖电机与驱动装置、电动汽车与多电飞机、电动机器人与电动船舶、可再生能源与微电网，以及电力电子与无线电力传输等前沿领域。在国际权威期刊上发表论文250余篇，国际会议论文100余篇，并已授权发明专利10余项。其研究成果获得学界广泛认可，所发表论文在谷歌学术上的累计引用次数达15200余次，H指数为62。刘教授常年入选斯坦福大学发布的“全球前2%顶尖科学家”榜单。于2022年荣获香港研究资助局颁发的“研究学者奖”（该奖项在全港所有学科中每年仅授予10位学者）；曾获国际期刊优秀论文奖及IEEE工业电子学会最佳学生论文奖；获得为2022-2025年IEEE车辆技术学会杰出讲座学者；此外，还在亚洲创新与发明展览会上获得金奖与第三名，并荣获日内瓦国际发明展金奖。