1. 項目背景

國務院印發的《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》中明確指出要在建設特色優勢現代產業體系中推動黃河流域優勢制造業綠色化轉型、智能化升級和數字化賦能，為推動黃河重大國家戰略在山東省落實落地，山東省在“十四五”規劃和二 0 三五年遠景目標綱要中提出“核心零部件”及“新材料”是要做強做優做大的“十強”現代優勢產業，作為“中國制造 2025”主攻方向智能制造的核心執行部件的電機用電量占我國工業用電量的比重將近 80%，占全國總用電量的 60%。本項目通過研究軟磁復合材料、軟磁復合材料電機、基于碳化硅（SiC）器件的軟磁復合材料電機高效控制系統等，致力于實現輕型高效電機系統并進行規模化應用以滿足電驅交通、工業機器人、無人機等領域的電驅動要求，助力于實現“碳達峰、碳中和”。

電機性能的提高可以通過電機所用材料性能的提高、電機冷卻的完善以及電機的優化設計等實現，但是，電機用功能材料的更新換代可以創新電機的原理和結構，是大幅提高電機性能的必然選擇。電機（以永磁電機為例）所用的功能性材料包括產生磁場的磁源材料（永磁材料）、流通電流的導電材料和流通磁場的導磁材料（軟磁材料），目前，前兩者分別以銅材、稀土永磁為主，在目前及可預見的將來沒有可替代的材料；導磁材料目前以疊片 Si 鋼帶材（Si 鋼）為主，軟磁復合材料(Soft Magnetic Composite Material, SMC)是一種具有獨特鐵磁性能的的電機用新型導磁材料。

SMC 鐵心是 SMC 粉粒（絕緣包覆的高純度鐵粉顆粒）經模壓、熱處理等工序而成，其作為導磁材料與目前通用的疊片硅鋼材料相比具有明顯的優勢：（1）各向同性磁、熱特性，既可以使普通徑向磁場電機具有三維磁路結構從而提高電機的輕型化水平，也可以實現本質上具有三維磁路結構且高性能的新型拓撲電機（比如橫向磁通電機）；（2）高頻鐵耗低，從而使 SMC 電機具有更高的運行效率；（3）材料利用率近100%，遠高于疊片硅鋼只有 65%的材料利用率，契合綠色制造這一發展理念。

SMC 作為電機導磁材料的想法最早可以追溯到 19 世紀，但直到上世紀 80 年代這種想法才得到重視，其后隨著SMC性能的進步，SMC 在感應電機、永磁電機、開關磁阻電機、步進電機等所有各不同原理結構電機中都得到應用研究。然而，目前為止，只有少數幾種具有特殊原理結構的 SMC 電機得到一定程度的批量生產，其原因主要基于以下方面：

（1）SMC 作為電機用導磁材料的性能有待進一步提高，特別是其飽和磁密、最大導磁率以及鐵耗參數性能需要研究提高；

（2）影響 SMC 電機性能進一步提高及規模化生產應用的電機本體科學技術問題有待更好地解決。比如：具有特殊原理結構的 SMC電機的高效冷卻散熱問題，揚長避短 SMC 性能的材料應用問題；影響 SMC 電機分析設計速度的問題；

（3）源于普通 Si 器件的高頻驅動劣勢，SMC 材料高頻鐵耗低的應用優勢沒有充分發揮，也影響到 SMC 電機性能的進一步提高和規模化生產應用，需要基于新型碳化硅器件針對性地設計高頻高性能控制器。

針對 SMC 電機及其相關領域的研究發展現狀，本項目對基于軟磁復合材料的輕型高效電機系統及其規模化應用進行研究，具有重要意義，不但可以提高 SMC 電機輕型高效化水平及其規模化生產應用水平，進一步滿足電驅交通、工業機器人及無人機等高端裝備的電驅動性能要求，同時有利于提高 SMC 材料的性能以及 SMC 在電機中的應用程度、提高 SiC 器件及其系統的性能及應用。

2、項目主要內容

針對交通領域用輕型高效電機被國外壟斷的現狀，開展軟磁復合材料輕型高效電機系統開發，實現國產化輕型高效電機及控制器在新能源汽車、船舶等領域的規模化應用，在軟磁復合材料、輕型高效電機、高頻電機控制器、制造工藝及工程化應用方面進行研究，主要研究內容如下：

（1）高性能軟磁復合材料電磁性能及成型技術研究。高 Bs 低損耗軟磁合金粉體開發制備與低損耗調控機制，系統研究工藝參數對磁粉形貌、粒徑大小及分布的影響規律和機制；研究不同冷卻速度下磁粉微觀組織結構的演變以及對磁電特性的影響規律和熱處理工藝，批量制備高 Bs 低損耗型軟磁復合材料；磁粉表面納米絕緣包覆層原位合成技術與 SMC 合金粉芯多重降損機制研究，系統研究納米導磁絕緣層膜形核與生長、合金表面化學反應過程，實現對其微觀形貌及結構的精確調控。研究絕緣包覆技術與導磁絕緣層交換耦合，研究磁性各向異性對納米尺度磁性交換耦合長度的關聯、不同厚度導磁絕緣層的逾效應對軟磁復合材料的影響；軟磁合金復合材料高致密度模壓技術的開發與粉芯的產業化，從宏觀和微觀的角度出發，研究絕緣包覆磁粉模壓成形致密化的主導機制。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，系統研究壓制工藝參數對新型合金粉芯典型件生坯密度、微觀組織和力學性能的影響。針對SMC 粉芯各部位的微觀組織變化和性能的差異，系統研究熱處理對SMC 粉芯微觀組織和力學性能的影響。

（2）基于軟磁復合材料的輕型高效電機關鍵技術研究。軟磁復合材料（SMC）電機是高集成電機，功率密度轉矩密度高、結構緊湊體積小，但由于結構較復雜、散熱面積小，其冷卻散熱問題突出，也在一定程 度上制約著該種電機性能的進一步提高和普及推廣應用；其次，SMC 材料與傳統的疊片硅鋼（Si 鋼）材料具有互補性，即 SMC 材料的主要性能優勢之一是各向同性磁特性，可以很容易使電機具有三維磁路結構，使電機緊湊體積小，但其導磁特性及低頻下的鐵耗特性并不優于 Si 鋼材料，需要針對性地設計電機磁路結構，以充分利用 SMC 材 料的優勢而避免其缺陷；SMC 電機導磁材料的鐵磁特性完全不同于傳統電機，且SMC電機都是三維磁路電機，因此傳統的基于磁路計5算的快速電機設計方法完全不能用于 SMC 電機，只能采用建模復雜、計算時間長的電磁場有限元方法，因此，需要研究 SMC 電機快速設計方法，以方便規模化設計、生產和應用。

（3）基于 SiC 器件的軟磁復合材料電機控制系統研究。為充分發揮軟磁復合材料電機高頻且高效區寬的優勢，基于碳化硅（SiC）功率器件設計高性能驅動控制系統。SiC 功率器件相對 Si 功率器件具有更高的開關頻率，更加適合于軟磁復合材料電機驅動。研究高效率、強魯棒性、動態響應快的控制算法，實現最優效率控制，針對高開關頻率導致的死區效應，開展諧波電流補償和自適應死區補償方法研究，進一步提高電機及整體系統的控制性能；為解決高頻驅動電路橋臂串擾和逆變器散熱問題，設計串擾抑制和故障保護電路，通過分析 SiC 功率器件的損耗模型，設計高效冷卻系統，提高系統的可靠性和安全性，延長使用壽命。

（4）軟磁復合材料電機系統規模化生產及示范應用研究。為解決線圈繞線過程脫模困難的問題，開展 SMC 軸向盤式永磁電機定子繞組繞制工藝技術研究；為實現定子鐵心和定子線圈固定，同時提高散熱效率，開展 SMC 軸向盤式永磁電機定子支架工藝及技術研究；為降低裝配難度，開展 SMC 軸向盤式永磁電機轉子總成及裝配工藝技術、轉子導磁板裝配工裝及系統工藝技術研究，建立 SMC 永磁電機轉子磁鋼片裝配工裝及系統，建立軟磁復合材料電機控制器生產線。在此基礎上，實現 SMC 永磁電機系統的規模化生產及應用推廣。

（三）核心團隊介紹：核心技術團隊成員介紹（個人信息、教育經歷、工作經歷）

高啟龍，男，1976年6月出生，中共黨員，復旦大學EMBA，山東中瑞電子股份有限公司董事長，系國家科技部創新人才推進計劃科技創新創業人才、國家“科技庫”在庫專家、中組部“萬人計劃”創新創業領軍人才,山東省電子信息行業優秀企業家，臨沂市第十四屆政協委員,臨沂市工商聯合會會員。先后主持承擔了國家發改委重大專項、國家火炬計劃、國家重點新產品、國家國際科技合作計劃、山東省科技攻關項目等國家、省、市級項目30多項，獲省、市級科技進步獎、科技創新獎等獎勵16項，擁有50項國家專利。參與行業國際標準的制定和起草工作1項（IEC 60424-8/鐵氧體磁芯表面缺陷極限導則第八部分PQ型磁芯）。

孫蕾，女，1976年7月出生，中共黨員，復旦大學EMBA，研究生學歷，中國軟磁復合材料產業聯盟副秘書長，1998年7月--2005年8月，山東省臨沂市人事局，科級；2005年7月--2008年11月，中自控（北京）環境工程有限公司，常務副總；2008年12月-2014年10月國能聯（北京）合同能源管理有限公司；2014年-2017年上海復旦大學EMBA，碩士；2018年至今山東精創磁電產業技術研究院有限公司任總經理。具有多年企業管理和豐富的高新技術企業創新經驗，主持或參與國家級科研課題1項、市級科研課題1項，申請發明專利5項，實用新型專利9項（已授權7項），外觀設計專利1項（已授權1項），獲得臨沂市科技進步二等獎1項目和臨沂市科技進步三等獎各3項。

2.研發團隊介紹

梁麗萍，女，1987年3月出生，中共黨員，畢業于浙江大學材料科學與工程學院，工學博士學位，高級工程師，博士研究方向為高性能磁性材料的制備，期間發表SCI核心期刊論文3篇，申請專利11項，其中發明專利2項，實用新型專利9項，先后參與國家自然科學基金項目、浙江省科技計劃項目、臨沂市重點研發計劃、國際合作項目和寧波市重點研發計劃等，并于磁性材料企業中試基地實踐2年，積累了豐富的理論實踐經驗。

常文全，男，1962年10月出生，畢業于合肥工業大學電機專業，大學本科學歷，高級工程師。擁有40余年的電機設計研發經驗。1985年7月至2007年4月在博山電機廠工作，其中1985年7月至1993年在博山電機廠二分廠從事單、三相異步電動機及多速電機設計工作；1993年調技術中心交流電機設計室，從事單、三相交流異步電動機、變頻電機、多速電機和永磁同步電機設計工作，并任設計室主任，2001年-2007年任交流電機研究所所長、主任工程師。2007年5月至2010年6月在浙江某電機有限公司從事單、三相電機、隔爆電機、變頻電機、高效（EFF2）、超高效（EFFI）設計與產品開發工作，任技術開發部部長。2010年7月至2016年3月青島海爾電機研發部從事電機開發工作，擔任研發部長。2016年4月至2019年3月在山東泰汽新能源汽車工程研究院從事新能源電動汽車驅動系統開發工作，擔任總工程師。2019年3月入職山東精創磁電產業技術研究院，擔任電機技術總工。