我校主持成果申报2018年度高等学校科学研究优秀成果奖项目的公示(五)

     发布日期:2018-07-10 阅读次数:

     我校主持完成的成果“高效电机轻量化与热控制关键技术及应用”拟申报2018年度高等学校科学研究优秀成果奖科技发明奖,特进行公示。公示期:2018年7月10日至2018年7月16日,公示内容见附件。

   公示期内如对公示内容有异议,请您向科技处反映。根据相关要求,为了便于核实、查证,确保实事求是、公正地处理异议,提出异议的单位或者个人,应当表明真实身份,凡匿名异议和超出期限的异议一般不予受理。联系人及联系电话:刘蓉,51684647。

  特此公示

  北京交通大学科技处

  2018年7月10日

附件:公示材料:

  1. 项目名称:高效电机轻量化与热控制关键技术及应用(技术发明奖)
  2. 推荐单位:北京交通大学
  3. 项目简介

电机作为机电能量转换的重要装置,广泛应用于民用、军事领域,在国家发展计划中占有非常重要的战略地位。本项目紧密结合国家大力推动节能降耗的重大战略与行业需求,针对复杂环境、复杂地质构造形成的特殊负载、有限空间运行条件下高效电机面临的高效能与轻量化兼容性、非线性负载电机电磁参数适配性和局部过热等问题,在国家和教育部等的支持下,经过近二十年艰苦攻关,提出了智能-多物理场、磁控材料制备、特殊绕组设计和热控制系统化的优化理论和方法,构建了高效电机轻量化电磁参数甄选集,搭建了模拟严苛环境、有限空间和特殊负载的试验平台,实现了高效电机设计、研发、生产、集成、调试、服役等全过程的检测、测试、监测一体化体系,为高效电机安全运行提供了理论和技术保障,主要研究内容和创新:

①构建了高效电机综合考虑多因素设计方案的筛选和评价体系,提出了电机高效率和轻量化双目标的粒子群—多物理场综合优化理论模型和甄选优化解集的方法,解决了高效率和轻量化难以兼顾设计的关键技术难题,本产品在效率指标不仅高于国外著名企业产品,而且使主要材料减少了5%-11%,打破了长期以来制约高效能电机轻量化的技术瓶颈,产品出口美国、加拿大等30多个国家和地区,在近200家大型企业推广应用;

②提出了转子笼条磁控材料制备和定子整数槽与分数槽的分段正弦绕组设计方法,提出了调磁控制与定、转子多拓扑结构最优适配度的方法,攻克了各大油田不同地域复杂气候环境(高温、高湿、昼夜温差大)、不同复杂地质构造形成的多变负载、沙卡、沙堵等条件下的传统电动机起动难、运行效率低等技术难题,形成了完备的高效电机用磁控材料制备、特殊加工方法与绕组设计理论体系,与抽油机原配的Y系列电动机比较,有功节电率达到8-23%,综合节电率达19-36%单台电机的重量减轻300公斤,在大庆、大港和华北等十几个油田得到了推广;

③构建了轻量化高效电机内单、双态冷却介质的运动状态与电磁、温度交互影响的热综合分析模型,提出了一种智能-多物理场的热控制的优化算法,科学规划了热流三维流动路径,有效控制了热流密度,提高了热固面与冷流的热交换效率,解决了高效电机轻量化局部过热、噪声大和结构热变形等关键技术问题。在宇通、一汽、众泰等电动汽车对复杂环境、有限空间和低噪声等有严苛技术要求的特种电动机产品设计中得到了实际应用。

在教育部相关部门的主持下,由院士组成的鉴定委员会一致认为:“…该项目在超高效电机的轻量化优化设计和磁电双导合金材料在电机中的应用方面总体达到国际先进水平运行效率指标达到了国际领先水平”。

授权发明专利63项,申报国际专利4项,发表高水平SCI期刊论文47篇,SCI他引172次。近三年实现直接经济效益20.67亿元,节支总额20亿余元,出口创汇1.29亿美元,取得了显著的经济效益和社会效益。

  1. 主要完成单位及创新贡献

4.1北京交通大学,排序1,

主要贡献:

本项目的整体工作如技术方案和研究方法的提出、工艺的实施、实验测试、推广应用等主要工作是由北京交通大学完成,解决了项目开发中所遇到的诸多关键性技术问题。

1.提出电机高效和轻量化双目标优化理论模型和甄选优化解集的方法,解决了高效率和轻量化难以兼顾设计的关键技术难题,在工程上得到了广泛应用;

2.提出了基于磁控材料的电机多物理场耦合分析方法及新材料的调磁控制与定、转子多拓扑结构最优适配度的方法,实现了比同系列感应电机重量轻、体积小的轻量化目标;

3.构建了轻量化高效电机内单、双态冷却介质的运动状态与电磁、温度交互影响的热综合分析模型,提出了一种智能-多物理场的热控制的优化算法,解决了高效电机轻量化局部过热和结构热变形等问题。

在整个项目开发过程中,联合其他高校和企业作了大量的艰苦、细致的研究工作,取得了多项创新性的成果;项目成果在国内也已在大庆油田、胜利油田、鞍钢、本钢、东安等几十家知名企业得到了应用;在国外,产品销往美国、加拿大等欧美20多个国家和地区。

本项目为高效电机在国内大面积推广应用以及为相关行业技术进步做出了突出贡献,完全符合当前国家节能减排的要求。

4.2哈尔滨工业大学,排序2

本项目的部分技术方案和研究方法的提出、工艺的实施、推广应用等主要工作是由哈尔滨工业大学完成,解决了项目开发中所遇到的技术问题。

1.构建了高效电机综合考虑多因素设计方案的筛选和评价体系提供了解决途径,为高效电机定转子拓扑结构决策提供了快速、有效的技术手段。

2. 提出了宽弱磁调速范围电机,在保证高效、轻量化永磁电机气隙磁密的基础上,提高永磁体工作点及永磁体材料利用率,给出了高效轻量化电机端电压达到极限值、电流达到极限值的情况下,电机运行到任意高速的的条件,拓宽了电机的弱磁调速范围,提高了电机在不同工况环境下的运行性能,为电机设计提供了新思路和新方法。

在项目开发过程中,联合其他高校和企业针对复杂工况下的电机效率提升和轻量化问题,开展了大量的研究和应用工作。开发的产品在国内外多家企业得到了推广应用,取得了良好的节能效果,为生产及应用企业创造了显著的经济效益。

4.3郑州轻工业学院,排序3

本项目的部分技术方案和研究方法的提出、工艺的实施、实验测试、推广应用等主要工作是由郑州轻工业学院完成,解决了项目开发中所遇到的技术问题。

1. 提出新的转子护套结构与材料设计方法,找出转子护套材料导电、导磁和导热性能对电机电磁性能和工作温度分布的影响规律,给出了高速高功率密度永磁电机转子护套电导率和磁导率的设计确定依据。

2.提出电机内电磁-流体-温度多重收敛迭代方法,找出电机特别是高功率密度电机内分布式热源多层热导路径网络的三维传热机制,提出高功率密度电机用非连续性变化油冷通道结构。

在项目开发过程中,联合其他高校和企业针对轻量化高效电机的热控制问题,开展了大量的研究和应用工作。开发的产品已成功应用于鞍钢、本钢、东安等国内知名企业得到了推广应用,取得了很好的应用效果。

4.4江苏微特利电机股份有限公司,排序4

  • 本项目的部分技术方案的提出、工艺的实施、实验测试和主要的推广应用工作是由江苏微特利电机股份有限公司完成,解决了项目开发中所遇到的技术方案和工艺的实施等问题。

1.针对高效率电机定转子拓扑结构组合方案多、影响因素多样、筛选和评价困难等技术难题,根据单位多年的设计经验和技术积累为高校构建高效电机综合考虑多因素设计方案的筛选和评价体系提供了解决途径,为高效电机定转子拓扑结构决策提供了快速、有效的技术手段。

2.通过工艺方案的技术革新,增强了材料的利用率和绝缘性能、降低了生产过程中的劳动强度、减少了生产成本等,为实现高效电机轻量化提供了必要的技术支撑;

经过多年的技术革新和应用,完成了国内外市场的推广工作,产品已应用到美国、加拿大、东南亚、西欧等30多个国家和地区的200余家国内外企业。

高效电机具有明显的节能节材效果,为高效电机在行业内大面积推广应用以及为相关行业技术进步做出了突出贡献。

  1. 推广应用情况

本项目技术开发的高效轻量化电机产品主要用于工业领域的驱动装置,涉及风机水泵、新能源汽车、轨道交通、石油化工、钢厂、纺织机械、家用商用电器等领域。在国外,产品已出口到美国、德国、英国、法国、加拿大、意大利、巴西、韩国等30多个国家和地区,在近200家大型企业得到推广应用,近三年累计创收外汇1.29亿美元。在国内,产品应用遍布十九个省份百余家企业,近三年累计应用电机33万余台,产值达到20.67亿元,累计节支20亿余元,节约了标准煤88.5万吨,少排放二氧化碳199.2万吨、二氧化硫1.76万吨。此外,利用该项目核心技术生产的高起动转矩节能轻量化电机,先后在大庆、长庆、胜利、辽河、任丘、大港、中原、新疆、二连、吉林等油田得到了推广应用,取得了很好的节能效果,为生产及应用企业创造了显著的直接和间接经济效益。

  1. 曾获科技奖励情况:无
  1. 主要知识产权证明目录

知识产权类别

知识产权具体名称

国家

授权或申请号

授权日期

证书编号

权利人

发明人

授权发明专利

数值计算与解析分析相结合参数协同优化电机设计方法

中国

201410020935.6

2017.11.07

2684758

北京交通大学

张晓晨;李伟力;?曹君慈;?邱洪波;?李栋;?曹钊滨;?王耀玉

授权发明专利

感应电动机的定子整数槽与分数槽绕组转化运行系统及运行方法

中国

201210349121.8

2015.04.22

1641945

北京交通大学

曹君慈;李伟力;霍菲阳;张晓晨;高晗璎;付敏;张奕黄;刘啸尘

授权发明专利

气液交织冷却高功率密度电机

中国

201310079242.X

2014.12.31

1556550

北京交通大学

李伟力;李立毅;张晓晨;曹君慈;沈稼丰;李金阳

授权发明专利

宽弱磁调速范围永磁同步电机

中国

201010584966.6

2012.07.04

996290

哈尔滨工业大学

李立毅;于吉坤;?曹继伟;?寇宝泉

授权发明专利

轮辐式永磁自启动电机转子及其加工方法

中国

201610190375.8

2017.12.19

2618733

郑州轻工业学院

邱洪波;金楠;?伊然;?段强;?杜海明;?袁帅;?李伟力;?杨存祥;?王延峰

授权发明专利

一种导磁导电复合齿结构的自起动永磁同步电机

中国

201310368133.X

2015.08.05

1747491

北京交通大学

李伟力;李金阳;李文亮;王蒲瑞;王耀玉

授权发明专利

高速电机周径向多路油冷系统

中国

201310218466.4

2016.02.17

1955655

北京交通大学

李伟力;李立毅;张晓晨;李锦洲;曹君慈;张金林;刘慧娟;陈辰;汪家俊;邱洪波

授权发明专利

永磁电机损耗测试方法

中国

201310728455.0

2016.01.20

1927641

北京交通大学

李伟力;邱洪波;李金阳;张晓晨;沈稼丰;李栋

授权发明专利

实心-叠片轴向复合的夹心式永磁同步电动机转子结构

中国

201110421006.2

2013.12.18

1322801

北京交通大学

曹君慈;李伟力;张晓晨;霍菲阳;张奕黄;刘啸尘

授权发明专利

多功率实心转子与叠片转子串联式永磁同步电机系统

中国

201210369505.6

2015.06.17

1694590

北京交通大学

李伟力;高晗璎;张晓晨;曹君慈;张奕黄;付敏

授权发明专利

带有风轮机的双定子电动-发电联合运行装置

中国

201210352039.0

2014.05.07

1400553

北京交通大学

李伟力;李栋;霍菲阳;曹君慈;张晓晨;沈稼丰;张奕黄

授权发明专利

一种利于散热的永磁电机转子

中国

201210291261.4

2014.09.17

1483965

北京交通大学

李伟力;张晓晨;张奕黄;曹君慈;陈辰

授权发明专利

转子带有永磁体混合磁路磁通的高温超导电机

中国

200910072599.9

2011.02.02

736904

哈尔滨工业大学

李立毅;曹继伟;?寇宝泉;?杨松

授权发明专利

一种削弱电机转矩脉动的定子结构

中国

201710261032.0

2017.09.12

2744711

郑州轻工业学院

邱洪波;于雯斐;?王延峰;?伊然;?杨存祥;?李伟力;?张志艳;?王明杰;?武洁;?唐冰夏;?段强;?范晓彬

授权发明专利

自带齿轮式搅风结构的电机通风系统

中国

201210042133.6

2014.10.29

1507646

北京交通大学

李伟力;霍菲阳;张晓晨;曹君慈;陈辰

8.      主要完成人情况表

8.1李伟力,排名1,教授,工作单位:北京交通大学,完成单位:北京交通大学

主要贡献:

该项目总体负责人,对主要科技创新的发明点1、2、3做出了重要贡献,构建了高效电机综合考虑多因素设计方案的筛选和评价体系,提出电机高效率和轻量化双目标的粒子群—多物理场综合优化理论模型和甄选优化解集的方法;发明了转子笼条磁控材料制备的方法,提出了新材料的调磁控制与定、转子多拓扑结构最优适配度的方法;并负责项目总体技术在相关领域和行业的推广应用,是本项目十余项发明专利的第一或第二发明人,在项目研发工作中投入工作量占本人工作总量的60%。

曾获科技奖励情况:

1、游梁式抽油机专用高起动转矩节能电机的研制,2011年教育部中国高校科学技术进步奖,一等奖,第一完成人;

2、汽轮发电机新型径切两向空冷系统的研究及应用,2011年黑龙江省科学技术奖发明类,一等奖,第一完成人;

3、基于高温、真空、高速运行下电机冷却技术及控制研究与产业化应用,2013黑龙江省科学技术奖发明类,二等奖,第一完成人;

4、基于多物理场永磁电机系统强迫换热关键技术及应用,2017北京市科学技术奖技术发明类,三等奖,第一完成人。

8.2李立毅,排名2,教授,工作单位:哈尔滨工业大学,完成单位:哈尔滨工业大学

主要贡献:

对主要科技创新的发明点1、3做出了重要贡献,提出了宽弱磁调速范围电机,在保证高效、轻量化永磁电机气隙磁密的基础上,提高永磁体工作点及永磁体材料利用率,给出了高效轻量化电机端电压达到极限值、电流达到极限值的情况下,电机运行到任意高速的的条件,拓宽了电机的弱磁调速范围,解决了现有永磁同步电机恒功率运行弱磁调速范围狭窄的问题;提出了转子带有永磁体混合磁路磁通电机,减小了电机损耗,提高了电机效率,同时简化了电机冷却结构,提高系统的可靠性,提出并主导了高效电机的设计及关键问题的攻关工作,大力推进了高效电机的推广、应用工作,在项目研发工作中投入工作量占本人工作总量的70%。

曾获科技奖励情况:

高速高功率密度系列主轴电机的研制及应用,2011年教育部科学技术进步奖,一等奖。

8.3邱洪波,排名3,副教授,工作单位:郑州轻工业学院,完成单位:郑州轻工业学院

主要贡献:

对主要科技创新的发明点2、3做出了重要贡献,揭示了高功率密度电机中电枢绕组和转子护套等组件结构对电磁输出参数和损耗的影响规律;提出新的转子护套结构与材料设计方法,找出转子护套材料导电、导磁和导热性能对电机电磁性能和工作温度分布的影响规律,给出了高速高功率密度电机转子护套电导率和磁导率的设计确定依据,在项目研发工作中投入工作量占本人工作总量的80%。

曾获科技奖励情况:

基于多物理场永磁电机系统强迫换热关键技术及应用,2017年北京市科技进步奖发明类三等奖,第五完成人。

8.4李栋,排名4,讲师,工作单位:北京交通大学,完成单位:北京交通大学

主要贡献:

对主要科技创新的发明点1、3点做出了重要贡献,建立了粒子群-多物理场超高效电机的多重迭代双 目标优化方法;研究了超高效电机杂散损耗与电机拓扑结构之间的交互规律;找出电动-发电工作过程中电机温度分布的瞬态变化规律,在分析损耗分布和热传导条件变化的基础上,给出高功率密度电机温度分布数学描述,为电机内温度监测提供重要参考,在项目研发工作中投入工作量占本人工作总量的80%。

曾获科技奖励情况:

基于多物理场永磁电机系统强迫换热关键技术及应用,2017年北京市科技进步奖发明类三等奖,第三完成人。

8.5张晓晨,排名5,副教授,工作单位:北京交通大学,完成单位:北京交通大学

主要贡献:

对主要科技创新的发明点1、3做出了重要贡献,提出电机内电磁-流体-温度多重收敛迭代方法,找出电机特别是高功率密度电机内分布式热源多层热导路径网络的三维传热机制;提出计及不同控制策略和复杂组件结构下,电机内电磁、温度和冷却介质运动形态交互影响的综合研究模型,找出电机内磁场主极磁密波分布与谐波成分时间和空间变化规律,提出了电磁场、流体场与温度场与改进的遗传算法循环优化算法,完成了考虑磁路、热路和风路的电枢局部结构的综合优化设计,在项目研发工作中投入工作量占本人工作总量的80%。

曾获科技奖励情况:

1、基于高温、真空、高速运行下电机冷却技术及控制研究与产业化应用,2013黑龙江省科学技术奖发明类二等奖,第五完成人;

2、基于多物理场永磁电机系统强迫换热关键技术及应用,2017年北京市科技进步奖发明类三等奖,第四完成人。

8.6李锦洲,排名6,高级经济师,工作单位:江苏微特利电机股份有限公司,完成单位:江苏微特利电机股份有限公司

主要贡献:

对主要科技创新的发明点1、3做出了重要贡献,并负责项目开发产品在生产工艺上的技术革新,降低了现场工人劳动强度,提高了生产效率,并在融合本项目相关技术的产品总体设计、生产及在相关领域和行业的推广应用上做出了重要贡献,在项目研发工作中投入工作量占本人工作总量的80%。

曾获科技奖励情况:

基于多物理场永磁电机系统强迫换热关键技术及应用,2017年北京市科技进步奖发明类三等奖,第六完成人。