纪念科汇公司成立35周年系列文章 | 占取东风第一枝——开关磁阻电机产业化之路

2026-11-11 10:00:12
作者:科汇股份
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问财摘要

1、2021年7月19日,中国航空工业景航锻造二厂5#厂房内,简单而不失隆重的EP-8000T生产线正式交付投产仪式举行。这台高13米、重达1050吨的“大家伙”是国内首台80MN/100MN重型数控电动螺旋压力机,体型庞大。它的诞生,补齐了国家行业技术短板,是目前国内成型力最大、运动部分能量最高的数控电动螺旋压力机,在技术上取得了重大突破。 2、现场很少有人知道,为这台重型数控电动螺旋压力机提供强劲动力的,是科汇股份研发的、世界上最大功率的低速630kW开关磁阻电机。
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中国锻压网报道:2021年7月19日,中国航空工业景航锻造二厂5#厂房内一派喜气洋洋,简单而不失隆重的EP-8000T生产线正式交付投产仪式在这里举行。公司老领导施新民、在家领导班子成员、各副总师、相关部门负责人、厂家代表、使用单位代表等共同见证了这一历史时刻。这台高13米、重达1050吨的“大家伙”是国内首台80MN/100MN重型数控电动螺旋压力机,体型庞大。它的诞生,补齐了国家行业技术短板,是目前国内成型力最大、运动部分能量最高的数控电动螺旋压力机,在技术上取得了重大突破。

现场很少有人知道,为这台重型数控电动螺旋压力机提供强劲动力的,是科汇股份(688681)研发的、世界上最大功率的低速630kW开关磁阻电机。

2021年,科汇股份(688681)研发生产的全国最大功率630kW开关磁阻电机交付使用

百年工业城市的电机渊源

淄博的电机行业,起源于博山。创建最早的博山电机厂,可以追溯到1942年,由抗日战争时期山东地区的三个军工(885700)单位——华东通讯局材料厂、胶东军区电器厂、胶东军区材料股合并而成,主要职责是为我军维修各类通讯器材,并致力于收发报机、电话机、苏联产吉斯150型汽车发电机、嘎斯T51型汽车发电机、及空气干电池的仿制工作;解放前夕,成立于1946年的私营上海大成电机厂,迁址到博山,专注生产交流电动机和齿轮减速电动机;1953年,博山电机厂正式命名,并划归中央第一机械工业部直接领导。1956年,公私合营,博山大成电机厂将私股转出后并入国营博山电机厂,这一整合使得两家企业的资源得以更有效的利用;1957年引进了苏联设计的微电机和车辆电机产品。博山电机厂主要生产小型交流电机、汽车电机、坦克电机、直流微电机四大类主导产品。

博山电机厂的技术水平特别强,不仅有以洪立成为代表的设计师、研究员们,还有一批从上海交大、哈工大来的大学生,一大批多年从事电机行业的高级技工。20世纪60年代,博山电机厂试制成功直流微电机,成为全国直流微电机的首家生产厂。新中国第一批“解放”牌汽车、第一辆“红旗”轿车、第一枚运载火箭以及第一颗人造卫星“东方红一号”的诞生过程中,博山电机厂都提供了关键的动力支持。1984年,博山电机厂参与我国试验通讯卫星的研制、试验。1988年,10千瓦履带车辆用无刷硅整流发电机,获得了机械电子工业部科技进步奖二等奖。时至今日,博山电机厂仍是中国电器工业协会中小型电机分会的理事长单位。

始建于1958年的张店电机厂,六十年代首次生产出2000马力巨龙型内燃机车牵引电机组,1984年始被国家经贸委列为原机械工业部系统唯一的为铁道部生产牵引电机组定点厂,是铁道部定点生产铁路内燃机车牵引电机组、大中型交流电动机、同步发电机的主要配套厂家之一。1993年,以张店电机厂为主体组建淄博牵引电机集团股份有限公司,生产铁路内燃机车用同步牵引主发电机、直流牵引电动机及各种型式辅机电机、高压异步电动机。

据国际权威机构的统计,自20世纪开始,世界上60%以上的电力用于驱动电机。交流电机是工业电机最主要的类型,最早出现、最广泛使用的是三相异步电机,一半以上的工业场合由异步电机提供动力。异步电机的优点是结构简单、成本低、技术成熟且生产厂家众多、长期运行可靠性高;缺点是能效相对较低、启动电流冲击大,需要依靠专门变频器来调速,且低转速下散热差,容易烧坏。同步电机的优点是效率极高、功率密度大、控制精度高,在新能源汽车(885431)、电动车、机器人等高端制造和交通电气化领域占据主流应用;缺点是成本高、存在退磁风险。

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)是继直流电机、无刷直流电机之后发展起来的一种调速电机。对于开关磁阻电机的研究,英、美等国家起步较早,却也经历了一段漫长的发展过程。早在1842年,Aberdeen和Davidson制造出最早的开关磁阻电机模型,但受限于技术条件,导致性能不佳。直到1970年,英格兰学者Davidson制成了用于蓄电池机车的驱动系统,才让研究进展得以加快。

开关磁阻电机结构相对简单。它的工作原理基于磁阻最小原理,即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合,转子在磁拉力作用下力图旋转到使磁路磁阻最小的位置(定、转子凸极对齐),通过智能控制器有序地开关定子绕组的电流,就能牵引转子旋转。结构特征为双凸极,定、转子均为凸极叠片结构,转子上完全无绕组、无永磁体、无换向器,仅在定子极上绕有集中绕组,径向相对的两极串联构成一相。电机的转向仅取决于各相绕组的通电顺序,与电流方向无关。与永磁同步电机相比,开关磁阻电机转子无磁钢,成本相对较低。

开关磁阻电机调速系统(Switched Reluctance Motor Drive,简称SRD),通过控制定子绕组电流脉冲的幅值、导通角及关断角,即可实现对转矩大小、方向及转速的灵活控制,被认为是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后发展起来的新一代无级调速系统。它的显著的优势是调速范围宽、启动电流小,启动力矩大、可频繁正反转,具有重载启动、适合负荷频繁变化、可靠性高等优点。国内对于开关磁阻电机的研究与试制起步于20世纪80年代末90年代初。

华中科技大学詹琼华教授在英国留学时,接触到开关磁阻电机及调速系统;1992年7月,她从英国留学归来,开始研究SRD技术。詹教授是我国研究开关磁阻电机最早的学者,她出版了国内第一部关于开关磁阻电机驱动系统的学术专著《开关磁阻电动机》。此后,国内高校从基础理论到设计制造多方面取得了一些成果与进展,但是,受限于相对落后的电力电子技术,国内的开关磁阻电机产业化及应用都没有起色。

作为国内重要的电机生产及研发人才集聚基地,淄博电机人很早就捕捉到了开关磁阻电机这一前沿技术,深知其在国内的应用空白,早在20世纪90年代初期便开始了对开关磁阻电机的探索。他们奋勇争先,很快研制出淄博人自己的开关磁阻电机。

牵引电机集团的孙继明在北方交通大学电气工程学院读研究生时,师从中国电机工程学会大电机专业委员会电动机分委会委员、铁道学会高级会员张奕黄教授,研究方向正是轨道车辆牵引电机、开关磁阻电机系统。随后,牵引电机和北方交通大学张奕黄教授合作,研发轨道车辆,需要用到开关磁阻电机系统。牵引电机不久即试制出开关磁阻电机。淄博牵引电机集团于1997年制造出国内首台轨道车辆用磁阻开关电机系统,并在湘潭电机车厂的地铁机车上成功试运行。试验成功后,SRD电机在实用化之路上停了下来。开关磁阻电机具有起动力矩大、能够频繁正反转的优点,但是和现有的交流异步牵引电机相比,它存在转矩脉动大、振动噪声大的固有问题,非线性电磁特性突出,建模仿真困难,控制器技术尚未完全突破,系统可靠性不足。这些工程瓶颈直接制约了开关磁阻电机在机车牵引电机上批量化应用。这不禁让这家电机企业陷入迷茫:开关磁阻电机的希望之光在哪里?

时任淄博牵引电机集团有限公司董事长的张毅认为,开关磁阻电机研发的硬骨头是其控制器的开发,牵引电机公司缺乏开发控制器的科研力量,而同在淄博的科汇公司能够攻克这一难题。对于开关磁阻电机在淄博的命运而言,一次破局的举动正在酝酿。作为在电力行业冉冉升起的科技明星,科汇当时对跨行业发展兴趣不大。张毅三番五次地找上门来,科汇董事长徐丙垠被他的诚心打动,专门抽出时间进行了一次交流。张毅谈了开关磁阻电机的研发过程、发展前景和迫在眉睫的SRD控制器难题,考虑请科汇来解决的想法。在张毅的诚意感召下,徐丙垠对这一电力电子技术难题动心了。但是,要进入开关磁阻电机这一全新领域,而且是铁路牵引机车这个高度专业化的应用方向,没有专业人才,是非常困难的。

此时,师从詹琼华教授的边敦新博士,从华中科技大学毕业刚来到山东理工大学任教。千军易得,一将难求,徐丙垠觉得可以一搏。1998年年底,在市领导的支持下,牵引电机和科汇联合设立了淄博汇海电力电子设备有限公司,负责整个开关磁阻电机驱动系统的研发以及控制器的生产,而电机的生产仍然由牵引电机公司负责。其中,科汇占股55%,徐丙垠任法人代表,牵引电机派出丁慎言担任总经理。于是,由徐丙垠领军、汇集了许多高技术人才的科汇,踏上了开关磁阻电机产业化、十年磨一剑的担当之路。

这对于刚刚崭露头角的科汇来说,意味着怎样的机遇和挑战呢?

从零开始到改写行业历史

汇海成立之初,从山东大学毕业不久,从事配电自动化终端产品开关的贾明全从科汇被借调过去,他毕业于山东大学,当时在科汇从事配电产品研发工作。丁慎言、边敦新、贾明全三人,在科汇公司研发大楼的一间办公室里,开始了SRD控制器的研发工作。在此之前,他们甚至都没有见过一台完整的SRD控制器实物。

一切从零开始!面对一个全新的研发课题,研发小组豪情万丈,信心百倍地开展工作。他们查阅国内外资料,一边绘制电气原理图、选择元器件,开始功率大小与冗余计算的硬件设计;一边进行控制算法的架构,写代码,仿真调试等工作。几个月下来,在张奕黄教授的指导下,边敦新很快做出了控制器初步设计方案。在选择哪个行业试用的讨论时,徐丙垠觉得继续在机车牵引电机方向上进入很难,而淄博是国内重要的工业化城市,大型的化工(850102)、矿业、纺织等企业众多,何不选择空压机、水泵等民用领域率先试用,验证其节能特效呢?

2003年初春,两台SRD控制器做出来了!那是他们自己动手,从第一个元器件焊起,拧上一个又一个螺丝,“手搓”出来的。与此同时,牵引电机试制的两台37kW的SR电机也如期完成。从牵引电机过来的孟祥刚,将一台控制器与电机接好,检查后合闸送电。首套开关磁阻电机调速系统在科汇转了起来。贾明全轻轻转动控制器上的调速旋钮,电机轴转动响应,这是慢到肉眼可见的转速;再次转动旋钮,电机轴高速旋转,带起的风把手中的A4纸吹到飞起。成功了!灿烂的笑容布满他那年轻的脸庞。

随后,两套系统的各项技术指标经历了反复测试,即将走上“实战”的考场。经过多方联系,它们被安排到淄博二毛纺织股份有限公司(简称“二毛”)染整车间进行试用。该车间在进行不同毛料布匹的染整工序时,需要通过送风量调整车间内的温度和湿度参数,因为温湿度直接影响布匹的质量。原有的变频调速器和轴流送风机经常在低速状态运行,导致三相异步电机散热不好,经常烧坏,影响生产的正常进行。因此,二毛染整车间的空调(884113)系统成为科汇在SRD领域拿到的第一张“考卷”。

2003年5月,两套37kW开关磁阻电机调速系统被替换到染整车间的纺织空调(884113)系统上。一直到当年12月,车间空调(884113)系统的耗电量由2002年同期的28.7万度电,降到13.9万度电,节电率高达51.57%!在那个电力紧缺的年代,如此之高的节电率引起了市里其他用电大户的高度关注。

这张高分“答卷”,为开关电机调速系统的市场化进程铺平了道路。2004年9月,由科汇研发的开关电机调速系统顺利通过国家中小电机质量监督检验中心的检测,取得检测报告,命名为“SRD10-37AY”,这意味科汇的开关磁阻电机调速系统获得了进入市场的许可证。

2005年9月,清华大学教授李发海到淄博热电厂查看开关磁阻电机在水泵上的现场应用情况。左一:李发海;右一:徐丙垠

2005年6月,新华制药(000756)湖田分厂的陈祖利了解到淄博二毛空压机改造带来的巨大节能效益,上门来请科汇去改造他们的空压机动力装置。到9月份,新华制药(000756)的空压机、水泵等在短短3个月内改造安装了20余套科汇的开关磁阻电机调速系统。紧接着,张店煤矿、淄博第二棉纺(884128)厂等企业纷纷上门,要求改造安装开关磁阻电机调速系统。

2005年6月,青岛益友锻压机械有限公司向科汇抛来了“橄榄枝”。青岛益友锻压机械有限公司位于山东胶州——中国螺旋压力机生产基地,总工程师韩淋源了解到开关磁阻电机调速系统起动转矩大、起动电流低、可频繁起停及正反向转换运行的优点,产生了用这种新型电机代替传统电机加铸钢飞轮和摩擦块的念头。在和电气工程师董志坤仔细讨论后,青岛益友决定试制基于开关磁阻电机调速系统的新型螺旋电动压力机。

青岛益友的这一大胆构想引起了山东理工大学教授赵婷婷的特别关注。她是我国著名锻压专家、原山东工业大学校长夏天赳的硕士研究生。夏教授早年毕业于交通大学机械系,是我国著名锻压专家、原山东工业大学锻压专业创始人之一,曾任全国锻压学会理事,他一直致力于电动螺旋压力领域的研究,传统异步电机能效低、不能正反转与频繁启停的缺点,制约了螺旋压力机的发展,课题长期陷于停滞。听到这个意向,赵婷婷眼前一亮:“这个电机和螺旋压力机简直是绝配呀,有独特的应用优势!”赵婷婷深刻了解螺旋压力机的特性,这个行业应用场合很多,只要需要,可以随时停下来测试。于是,开始目标瞄准压力机应用,确定了控制器和电机的设计参数。她亲自指导螺旋压力机用开关磁阻电机的试制工作,从方案设计、抗振动技术指标、电控系统配置,每一步都和研发小组一起讨论确定。经过3个多月的紧张忙碌,新型电动螺旋压力机试制成功。青岛益友通过对比运行测试,新型电动螺旋压力机节电38%,一年多时间就可以把改造费用收回,收益十分显著。科汇公司在世界上第一次将开关磁阻电机调速系统应用到电动螺旋压力机上,淘汰了使用上百年的摩擦压力机。这一应用大幅降低了锻压机械行业的能耗,具有广阔前景。

此后,开关磁阻电机改造螺旋压力机的节能效果在锻压行业内迅速传开,科汇因此专门成立工程部,对国内锻压企业的设备进行节能改造,适逢“中国制造”处于高速增长的时期,开关磁阻电机的出现,改写了国内电动螺旋压力机行业的面貌,对我国制造业产生了重大社会效益,可以说,科汇的开关磁阻电机引发了一次螺旋压力机的革命。

2005年,科汇SRD10系列开关磁阻电机调速系统鉴定会

不久,科汇研发的开关磁阻电机调速系统得到了学界的认可。2005年11月,科汇SRD10系列开关磁阻电机调速系统通过了山东省科技厅组织的鉴定会——中国工程院院士姚福生,中国工程院院士、西安交通大学教授卢秉恒参与其中。测试组观看了现场演示和生产调试环境,鉴定委员会认为SRD10系列开关磁阻电机调速系统在控制器和电机研制中都有创新,具有效率高、动态响应好、自适应能力强、外围接口齐全、可扩张性强、操作简单等优点,达到了国际先进水平。

此后,科汇再接再厉,不断在开关磁阻电机领域推出优秀成果。2006年,与英国女王大学联合研发“变速直驱开关磁阻风力发电系统”,该项目技术被国家科技部列为国际科技合作项目;2008年,研发的“低速开关磁阻电机技术在抽油机和风力发电装置中的作用”被列为山东省自主创新成果转化重大专项。

行百里者半九十。样机研制成功,成果鉴定完成,开关磁阻电机产业化之路只能算是迈出第一步。作为电磁感应最主要的工程应用,电机的使用环境复杂且恶劣,往往伴随着振动、高温、高湿、粉尘、强电磁干扰等工况。任何新生事物的发展都不是一帆风顺的,开关磁阻电机的质量面临着巨大挑战。

从2003年初首批两套开关磁阻电机调速系统安装试用后的两年多时间里,在淄博本地的企业,试装的几十台开关磁阻电机,有一个共同特点:开始测试时,性能很好,用户非常满意。但长期稳定性能差,运行一段时间后,出现故障的比例高,控制器容易烧坏。由于距离近,拿回来整改后,控制器的稳定性提升,并没有引起大家特别的关注。

2008年春节后,客户一个一个打来电话,前几年千辛万苦推广使用的电机绕组烧了!紧接着,本地的张店煤矿、新华制药(000756)等用户,烧坏的电机接二连三地被拉回公司,在刚刚扩建的5号车间堆了满地。给青岛益友电动螺旋压力机配套的12台开关磁阻电机,全部在客户现场烧坏,从全国各地的锻压厂家拆卸下来,运了回来。质量部经理叶昕东、控制器车间主任刘毅组织工人们拆解开来,发现电机定子的绕组漆包线首端和末端烧得黢黑。不仅如此,维修好的电机拉回去,过不了多久又坏了,甚至有一台电机被来来回回修了七八次,最后惨遭客户退货。看着遍地拆得七零八落的零部件,研发人员近乎崩溃,贾明全难过得掉下眼泪。

问题到底出在哪里呢?徐丙垠连续好几天睡不好觉。他和研发小组多次开会,反复讨论后,决定成立两个小组。一组由丁慎言领着大家,按照处理质量问题“四不放过”原则摸排问题,对研发、生产、检验等各环节进行现场整改,全面复盘,不放过任何一个细节,几天时间梳理出存在的问题30多个;另一组由他亲自带队,走遍客户现场,了解电机烧坏的具体过程,听取用户一线的声音;到天津大学、华中科大、上海交大、中车株洲所等科研院所调研,和教授、专家现场交流。得到的看法是众说纷纭,但大家一致承认开关磁阻电机是新电机新技术,是一个十分有益的好产品,需要去不断摸索、试错。2008年5月12日,在去崇山水泥(884060)厂电机应用现场调研的路上,车内突然传出汶川大地震的报道,大家心情十分沉重。徐丙垠对同行的吴建军、贾明全说:“天塌不下来!现在就是黎明前的黑暗时刻,任何一个创新性的产品绝对不会一帆风顺的,一个好的产品,都需要不停地试错改正,不断的改进完善才成熟起来,错误就是投资代价。从实验室出来,只是行百里者半九十,后边还要不停地改进,十年磨一剑!”

经过1个多月的整改和调研,管理层和研发团队思路逐渐清晰,形成一致意见:坚持干下去!把问题一个一个搞明白,解决掉。初步分析判定,电机损坏的根源为绕组过电压击穿。现场出现一个反常现象:距离控制器较近的电机烧毁案例较少,而引线较长、远离控制器的电机故障率显著偏高。通过仪器实测电机运行时绕组端口电压,发现其幅值竟接近设计绝缘耐受电压的两倍。结合试验现象并查阅相关文献,徐丙垠意识到:控制器输出的电压脉冲传输至电机绕组的过程,本质是电压行波在电缆上的传播过程,完全可以运用他所熟悉的行波理论开展分析。绕组过电压的机理在于,电压脉冲在电机引线末端发生波反射,造成绕组端部电压叠加翻倍。按照这一思路,徐丙垠带领研发团队搭建绕组过电压等效分析电路,发现国内某知名高校学者发表于《中国电机工程学报》的论文中,绕组端部电压推导公式存在错误,并重新推导得到新的计算公式。根据新公式的精确计算结果,团队优化并组织实施了电机绕组绝缘改进方案。这一次,维修后的电机拉回去之后,再也没有被退回。自此以后,新生产的开关磁阻电机很少再出现烧线圈的故障。

烧电机的问题才解决,新的问题又来了。用户的开关磁阻电机控制柜接连出现故障,经常停机。这让工程服务人员疲于应对,拉高了电机的维修成本。研发人员把控制柜拆解成一个一个元器件,也没找出症结所在。问题始终萦绕在徐丙垠的脑海,他认为控制器的保护与抗电磁干扰设计是关键。循着这个思路,大家从最前端的运行负载开始,一级一级的寻找原因。原来,控制器电磁兼容问题严重:开关磁阻电机的电流控制回路里,有8根输入线,只有1根接地线,这样造成输入线和地线之间回路面积增大,信号之间互相干扰;通过增加地线数量,减少了回路面积,提高了抗电磁干扰的能力。以前用一个保护电路解决短路和过载,难以兼顾两种保护任务,为此,设计了新的保护电路,既解决了过载保护问题,短路保护响应时间也小于2微秒。控制器保护的关键问题解决了!

控制器电流换向的传感信号,来自电机端盖内的光电传感器(885946),研发人员张鑫提出用霍尔位置传感器(885946)代替光电传感器(885946)的方案。电机轴承上的润滑油、工作现场的粉尘,时间久了都会污染光电传感器(885946)的光信号接受头,导致换向位置报错,控制器不能工作。霍尔传感器(885946)的磁阻信号不受环境干扰的影响,能够在恶劣工况下运行。但是国外同行也一直在使用光电传感器(885946),无论国内还是国外此前都未有过应用霍尔位置传感器(885946)的先例,信号处理电路需要从头设计。

关键时刻,徐丙垠当即拍板:“国外没有,咱们为啥不能有?咱们试一试!”说干就干,研发人员开始了不懈的努力。终于,实验成功,阻碍开关磁阻电机长久可靠运行的又一大难题宣告解决。

三大可靠性难题的解决如拨云见日,2008年下半年开始,开关磁阻电机自此走上了市场的康庄大道。

在开关磁阻电机技术攻关取得进展的同时,开关磁阻电机的生产方式也发生了变化。2006年,牵引电机公司改制期间,科汇收购其持有的汇海公司股权,汇海成为科汇全资子公司并挂牌为电机事业部。此后,科汇公司决定自行生产开关磁阻电机。同年10月份,红卫电机厂的巩亮了解到科汇在开关磁阻电机取得的突破性进展后,加入汇海,担任电机车间主任。2007年初春,在科汇公司园区的东北角空地上,巩亮带着几个人开始建设中试车间厂房。他们赴辽宁沈阳、河北泊头、河南新乡和淄川等地,订购来真空压力浸漆设备、四柱油压机、3吨起重行车、普通车床、动平衡机、烘干箱、摇臂钻、电机实验平台等设备,还自制了一台绕线机。8月中旬,厂房完工,设备陆续到货。经过两个多月的安装调试,中试车间在10月建成投产。年底,中试车间生产出8台30kW~45kW的SR电机,从此,科汇的开关磁阻电机迈出了最坚实的一步。

现科汇公司电机车间一景

2013年和2022年,科汇对电机车间进行了两次扩建,使用面积达5000平方米以上。拥有VPI真空压力浸漆系统、500T四柱油压机、200T四柱油压机、卧式车床、3吨动平衡机、1吨动平衡机、绕线机、下压式风水旋喷漆房等电机生产加工设备,可生产机座号63~800的开关磁阻电机。车间内建有国内最先进的开关磁阻电机系统试验站,可进行功率为0.12~1000kW、电压为AC380V、AC660V、AC1140V的开关磁阻电机及控制器的型式试验。经过两次扩建,车间年生产电机能力可达1万台,是国内规模最大、种类最全的开关磁阻电机生产基地。

2009年8月,原红卫电机厂副总经理毕义俭加入科汇,任汇海总经理。十年磨一剑,2010年,在科汇跨入开关磁阻电机行业的第十个年头,销售收入超过1400万,汇海实现首次盈利。2015年,刘新高任磁阻电机事业部总经理,带领销售团队大力开拓市场,于2017年跨越销售收入5000万大关,2021年实现销售收入1.39亿。科汇的开关磁阻电机凭借过硬质量,在市场上占据了绝对份额。

自主研发助力梦想驰骋

科汇的开关磁阻电机取得如此亮眼的成绩,靠的不仅是过硬的质量,其背后研发团队的力量更是不可小觑。2009年初,在持续整改开关磁阻电机的生产现场、质量问题的同时,公司安排熊立新博士从科汇调入汇海任总工程师,大力提高研发实力和技术管理水平,2011年原红卫电机工程师程建军加入,在边敦新博士的大力支持下,公司建立起国内最强大的开关磁阻电机研发团队。他们一次一次地攻坚克难,解决了一个又一个工程应用问题,以更加稳健的步伐奔向更广阔的天地。

2008年,熊立新博士在英国格拉斯哥参加学术会议

继成功开拓锻压机应用市场之后,2009年初,山东第二耐火材料(884063)厂提出了研制基于开关磁阻电机调速系统的电动压砖机的需求。和锻压行业用电动螺旋压力机瞬间打击高温坯料成型不同,耐火材料(884063)的成型更接近于“压”而非“打”。强调压力均匀传递(静压式),使粉体中的气体有足够时间排出,避免分层。要求采用“先轻后重”的工艺:先用低压力将粉料中的空气排出(排气),再用高压力压实,确保砖坯密度上下受力一致。销售部最早提供了一台开关磁阻电机进行改造,只是将原异步电机改为开关磁阻电机,对比测试不节能,达不到预期收益。赵婷婷知道后,与山东理工大学教授张存山组成团队,亲自上门,和厂方领导解释只有进行压力机机械结构的改进,去掉多余的能耗部件,才会节能。对方同意了深度改造方案。于是,科汇负责开关磁阻电机和电气控制部分,山东理工大学负责机械部分,去掉压砖机巨大的摩擦盘,将传统滑块传动机构改为齿轮螺杆驱动机构。一个多月后,改造完成,对比测试节能40%以上,出砖成品良率显著提高,第一台电动压砖机改造成功!此后,山东第二耐火材料(884063)厂对全部压砖机进行了改造,取得了相当可观的经济效益,压砖机改造在耐火材料(884063)全行业推广。

纺织行业是传统制造业,规模效益非常明显,能耗是一项关键指标。传统织机的动力是三相异步电动机配变频器,启动电流大,频繁正反转容易烧坏变频器,维修成本很高。2009年3月,日发纺机的孙庆军提出了剑杆织机改造需求,王勤昌等人成功研发高速剑杆织机开关磁阻电机调速系统,试用后节能35%以上。自此,日发纺机成为开关磁阻电机在纺织机械行业的长期配套客户,新的高速剑杆织机,因其显著的节能效益和可靠性,逐渐成长为中国领先的纺织设备专业生产企业,市场占有率始终位居前列。

2011年,随着开关磁阻电机的在机械锻压和耐火砖压制领域应用的不断拓宽,张明魁等人开始研发大功率直驱开关磁阻电机调速系统,与此前的齿轮螺杆传动机构相比,进一步减去齿轮,直接和螺杆相连,降低成本,提高能效,于2012年研发成功并投入市场应用。本文开头的那一幕,就是大功率直驱开关磁阻电机调速系统在锻压场合的成功应用。

2022年9月,同步磁阻电机正式推向市场

电机技术创新的脚步一直不停歇,2010年代,同步磁阻电机开始商业化应用。和异步电机相比,它有更高的能效,更大的功率密度;与永磁同步电机相比,它完全不使用稀土永磁(885343)体,原材料成本大幅降低,转子结构坚固,没有退磁风险,耐高温、耐震动,在恶劣工况下的可靠性更高;与开关磁阻电机相比,它具有更高的效率、更小的转矩脉动、更低的振动和噪音。2020年初,在山东大学王秀和教授的指导下,熊立新博士带领夏强等人,与山东理工大学张存山教授、边敦新博士、毕义俭等一起,开始讨论同步磁阻电机研发方案。2021年底完成正式样机,推向工业调速、水泵风机、压缩机等场合试用,是异步电机的理想升级方案。同步磁阻电机2022年9月拿到第一份销售合同。

后疫情时代,科汇在开关磁阻电机领域依然没有停下前进的步伐。2022年,熊立新担任磁阻电机事业部总经理,和销售副总张振国一起带领销售团队,持续推广大功率直驱开关磁阻电机的应用,在2025年实现1.67亿销售额。

2025年4月10日,由科汇公司参与改造的“油改电”新能源(850101)机车从松宜铁路松木坪站驶向枝城站

2025年销售额创下新高的同时,还有更多令人振奋的消息。

4月,国铁襄阳机务段首台采用开关磁阻电机牵引的“油改电”东风4BEG新能源(850101)机车成功投入运营,配备6套科汇公司研发的360kW开关磁阻电机,最大牵引力达到6200吨,运力比原来的内燃机车提升13%,货运车厢由20节增至24节,大幅降低运营成本。此时距离淄博牵引电机集团造出国内首台轨道车辆用磁阻开关电机系统,已经过去28年。淄博牵引电机集团的梦想,在科汇人的手中变成了现实!

10月,船用开关磁阻电机经过1年3个月的攻关,成功通过中国船级社的船用型式认证,绿色船舶应用市场即将开启。

年底,科汇成功获得英国MMD集团破碎机用磁阻电机驱动系统批量订单。英国利兹大学播种在开关磁阻电机的种子,在50多年后竟由科汇人将工程化硕果回馈给它的诞生地。

尾 声

从1842年第一台SR电机模型问世,20世纪九十年代在多个领域的广泛运用,开关磁阻电机走过了一百四十个年头。紧接着,淄博抓住了开关磁阻电机这一发展机遇,克服了技术壁垒和研发难关,终于让自主研制的开关磁阻电机调速系统在无数个应用领域飞速旋转,直至走向国际、驰骋于海陆空。淄博的开关磁阻电机之路,不仅是徐丙垠、赵婷婷、熊立新等一个个鲜活的人物的个人传奇,更是一部聚焦了红卫、牵引、科汇、汇海等企业力量的淄博电机工业缩影。

诚然,开关磁阻电机在淄博的诞生,与淄博这座了不起的百年工业城市息息相关。无论是合资成立汇海的破局努力,还是众多淄博电机人齐聚一心。特别是科汇在进行开关磁阻电机研发的过程中,刘慧晏、周清利两任淄博市委书记始终高度关注,从政策上、资金上给与大力支持,多次带领职能部门来公司视察项目进展情况。正是各级政府、社会各界的鼎力相助,用十年时间,科汇建成亚洲最大磁阻电机的生产基地,实现了产业化。伴随着开关磁阻电机的成长,科汇在周边地区培养了大多数组件和原材料配套厂家;下游的锻压机械、压砖设备和纺织机械生产厂家,由于应用了开关磁阻电机,而在同行业取得了竞争优势。可以说,科汇主导建立了磁阻电机的产业链和价值链,同时也奠定了自身在国内开关磁阻电机领导者的地位。

2014年5月,全国《开关磁阻调速电机技术条件》行业标准起草会议在山东淄博召开。全国各相关产品主要电机制造企业和配套企业十余家20多名代表在科汇公司参与讨论草案

自力更生,砥砺前行。淄博的电机人为此奋斗了近三十年,不仅点亮了属于自己的“希望之光”,使淄博的电机品牌获得了新生,还在世界舞台上为中国智造赢得了尊严与掌声。这束光将继续指引着后来者,在科技创新的征途上无畏前行。

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