1. 项目背景
国务院印发的《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》中明确指出要在建设特色优势现代产业体系中推动黄河流域优势制造业绿色化转型、智能化升级和数字化赋能，为推动黄河重大国家战略在山东省落实落地，山东省在“十四五”规划和二 0 三五年远景目标纲要中提出“核心零部件”及“新材料”是要做强做优做大的“十强”现代优势产业，作为“中国制造 2025”主攻方向智能制造的核心执行部件的电机用电量占我国工业用电量的比重将近 80%，占全国总用电量的 60%。本项目通过研究软磁复合材料、软磁复合材料电机、基于碳化硅（SiC）器件的软磁复合材料电机高效控制系统等，致力于实现轻型高效电机系统并进行规模化应用以满足电驱交通、工业机器人、无人机等领域的电驱动要求，助力于实现“碳达峰、碳中和”。
电机性能的提高可以通过电机所用材料性能的提高、电机冷却的完善以及电机的优化设计等实现，但是，电机用功能材料的更新换代可以创新电机的原理和结构，是大幅提高电机性能的必然选择。电机（以永磁电机为例）所用的功能性材料包括产生磁场的磁源材料（永磁材料）、流通电流的导电材料和流通磁场的导磁材料（软磁材料），目前，前两者分别以铜材、稀土永磁为主，在目前及可预见的将来没有可替代的材料；导磁材料目前以叠片 Si 钢带材（Si 钢）为主，软磁复合材料(Soft Magnetic Composite Material, SMC)是一种具有独特铁磁性能的的电机用新型导磁材料。
SMC 铁心是 SMC 粉粒（绝缘包覆的高纯度铁粉颗粒）经模压、热处理等工序而成，其作为导磁材料与目前通用的叠片硅钢材料相比具有明显的优势：（1）各向同性磁、热特性，既可以使普通径向磁场电机具有三维磁路结构从而提高电机的轻型化水平，也可以实现本质上具有三维磁路结构且高性能的新型拓扑电机（比如横向磁通电机）；（2）高频铁耗低，从而使 SMC 电机具有更高的运行效率；（3）材料利用率近100%，远高于叠片硅钢只有 65%的材料利用率，契合绿色制造这一发展理念。
SMC 作为电机导磁材料的想法最早可以追溯到 19 世纪，但直到上世纪 80 年代这种想法才得到重视，其后随着SMC性能的进步，SMC 在感应电机、永磁电机、开关磁阻电机、步进电机等所有各不同原理结构电机中都得到应用研究。然而，目前为止，只有少数几种具有特殊原理结构的 SMC 电机得到一定程度的批量生产，其原因主要基于以下方面：
（1）SMC 作为电机用导磁材料的性能有待进一步提高，特别是其饱和磁密、最大导磁率以及铁耗参数性能需要研究提高；
（2）影响 SMC 电机性能进一步提高及规模化生产应用的电机本体科学技术问题有待更好地解决。比如：具有特殊原理结构的 SMC电机的高效冷却散热问题，扬长避短 SMC 性能的材料应用问题；影响 SMC 电机分析设计速度的问题；
（3）源于普通 Si 器件的高频驱动劣势，SMC 材料高频铁耗低的应用优势没有充分发挥，也影响到 SMC 电机性能的进一步提高和规模化生产应用，需要基于新型碳化硅器件针对性地设计高频高性能控制器。
针对 SMC 电机及其相关领域的研究发展现状，本项目对基于软磁复合材料的轻型高效电机系统及其规模化应用进行研究，具有重要意义，不但可以提高 SMC 电机轻型高效化水平及其规模化生产应用水平，进一步满足电驱交通、工业机器人及无人机等高端装备的电驱动性能要求，同时有利于提高 SMC 材料的性能以及 SMC 在电机中的应用程度、提高 SiC 器件及其系统的性能及应用。
2、项目主要内容
针对交通领域用轻型高效电机被国外垄断的现状，开展软磁复合材料轻型高效电机系统开发，实现国产化轻型高效电机及控制器在新能源汽车、船舶等领域的规模化应用，在软磁复合材料、轻型高效电机、高频电机控制器、制造工艺及工程化应用方面进行研究，主要研究内容如下：
（1）高性能软磁复合材料电磁性能及成型技术研究。高 Bs 低损耗软磁合金粉体开发制备与低损耗调控机制，系统研究工艺参数对磁粉形貌、粒径大小及分布的影响规律和机制；研究不同冷却速度下磁粉微观组织结构的演变以及对磁电特性的影响规律和热处理工艺，批量制备高 Bs 低损耗型软磁复合材料；磁粉表面纳米绝缘包覆层原位合成技术与 SMC 合金粉芯多重降损机制研究，系统研究纳米导磁绝缘层膜形核与生长、合金表面化学反应过程，实现对其微观形貌及结构的精确调控。研究绝缘包覆技术与导磁绝缘层交换耦合，研究磁性各向异性对纳米尺度磁性交换耦合长度的关联、不同厚度导磁绝缘层的逾效应对软磁复合材料的影响；软磁合金复合材料高致密度模压技术的开发与粉芯的产业化，从宏观和微观的角度出发，研究绝缘包覆磁粉模压成形致密化的主导机制。分析软磁绝缘包覆磁粉的微观组织、包覆层平均厚度、粉体形貌和粒度分布等，系统研究压制工艺参数对新型合金粉芯典型件生坯密度、微观组织和力学性能的影响。针对SMC 粉芯各部位的微观组织变化和性能的差异，系统研究热处理对SMC 粉芯微观组织和力学性能的影响。
（2）基于软磁复合材料的轻型高效电机关键技术研究。软磁复合材料（SMC）电机是高集成电机，功率密度转矩密度高、结构紧凑体积小，但由于结构较复杂、散热面积小，其冷却散热问题突出，也在一定程 度上制约着该种电机性能的进一步提高和普及推广应用；其次，SMC 材料与传统的叠片硅钢（Si 钢）材料具有互补性，即 SMC 材料的主要性能优势之一是各向同性磁特性，可以很容易使电机具有三维磁路结构，使电机紧凑体积小，但其导磁特性及低频下的铁耗特性并不优于 Si 钢材料，需要针对性地设计电机磁路结构，以充分利用 SMC 材 料的优势而避免其缺陷；SMC 电机导磁材料的铁磁特性完全不同于传统电机，且SMC电机都是三维磁路电机，因此传统的基于磁路计5算的快速电机设计方法完全不能用于 SMC 电机，只能采用建模复杂、计算时间长的电磁场有限元方法，因此，需要研究 SMC 电机快速设计方法，以方便规模化设计、生产和应用。
（3）基于 SiC 器件的软磁复合材料电机控制系统研究。为充分发挥软磁复合材料电机高频且高效区宽的优势，基于碳化硅（SiC）功率器件设计高性能驱动控制系统。SiC 功率器件相对 Si 功率器件具有更高的开关频率，更加适合于软磁复合材料电机驱动。研究高效率、强鲁棒性、动态响应快的控制算法，实现最优效率控制，针对高开关频率导致的死区效应，开展谐波电流补偿和自适应死区补偿方法研究，进一步提高电机及整体系统的控制性能；为解决高频驱动电路桥臂串扰和逆变器散热问题，设计串扰抑制和故障保护电路，通过分析 SiC 功率器件的损耗模型，设计高效冷却系统，提高系统的可靠性和安全性，延长使用寿命。
（4）软磁复合材料电机系统规模化生产及示范应用研究。为解决线圈绕线过程脱模困难的问题，开展 SMC 轴向盘式永磁电机定子绕组绕制工艺技术研究；为实现定子铁心和定子线圈固定，同时提高散热效率，开展 SMC 轴向盘式永磁电机定子支架工艺及技术研究；为降低装配难度，开展 SMC 轴向盘式永磁电机转子总成及装配工艺技术、转子导磁板装配工装及系统工艺技术研究，建立 SMC 永磁电机转子磁钢片装配工装及系统，建立软磁复合材料电机控制器生产线。在此基础上，实现 SMC 永磁电机系统的规模化生产及应用推广。
（三）核心团队介绍：核心技术团队成员介绍（个人信息、教育经历、工作经历）
高启龙，男，1976年6月出生，中共党员，复旦大学EMBA，山东中瑞电子股份有限公司董事长，系国家科技部创新人才推进计划科技创新创业人才、国家“科技库”在库专家、中组部“万人计划”创新创业领军人才,山东省电子信息行业优秀企业家，临沂市第十四届政协委员,临沂市工商联合会会员。先后主持承担了国家发改委重大专项、国家火炬计划、国家重点新产品、国家国际科技合作计划、山东省科技攻关项目等国家、省、市级项目30多项，获省、市级科技进步奖、科技创新奖等奖励16项，拥有50项国家专利。参与行业国际标准的制定和起草工作1项（IEC 60424-8/铁氧体磁芯表面缺陷极限导则第八部分PQ型磁芯）。
孙蕾，女，1976年7月出生，中共党员，复旦大学EMBA，研究生学历，中国软磁复合材料产业联盟副秘书长，1998年7月--2005年8月，山东省临沂市人事局，科级；2005年7月--2008年11月，中自控（北京）环境工程有限公司，常务副总；2008年12月-2014年10月国能联（北京）合同能源管理有限公司；2014年-2017年上海复旦大学EMBA，硕士；2018年至今山东精创磁电产业技术研究院有限公司任总经理。具有多年企业管理和丰富的高新技术企业创新经验，主持或参与国家级科研课题1项、市级科研课题1项，申请发明专利5项，实用新型专利9项（已授权7项），外观设计专利1项（已授权1项），获得临沂市科技进步二等奖1项目和临沂市科技进步三等奖各3项。
2.研发团队介绍
梁丽萍，女，1987年3月出生，中共党员，毕业于浙江大学材料科学与工程学院，工学博士学位，高级工程师，博士研究方向为高性能磁性材料的制备，期间发表SCI核心期刊论文3篇，申请专利11项，其中发明专利2项，实用新型专利9项，先后参与国家自然科学基金项目、浙江省科技计划项目、临沂市重点研发计划、国际合作项目和宁波市重点研发计划等，并于磁性材料企业中试基地实践2年，积累了丰富的理论实践经验。
常文全，男，1962年10月出生，毕业于合肥工业大学电机专业，大学本科学历，高级工程师。拥有40余年的电机设计研发经验。1985年7月至2007年4月在博山电机厂工作，其中1985年7月至1993年在博山电机厂二分厂从事单、三相异步电动机及多速电机设计工作；1993年调技术中心交流电机设计室，从事单、三相交流异步电动机、变频电机、多速电机和永磁同步电机设计工作，并任设计室主任，2001年-2007年任交流电机研究所所长、主任工程师。2007年5月至2010年6月在浙江某电机有限公司从事单、三相电机、隔爆电机、变频电机、高效（EFF2）、超高效（EFFI）设计与产品开发工作，任技术开发部部长。2010年7月至2016年3月青岛海尔电机研发部从事电机开发工作，担任研发部长。2016年4月至2019年3月在山东泰汽新能源汽车工程研究院从事新能源电动汽车驱动系统开发工作，担任总工程师。2019年3月入职山东精创磁电产业技术研究院，担任电机技术总工。
