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| 十年“心机”为“电机” |
| ——记南航“双凸极电机及其控制技术”研究团队 |
□周新华
2009年五大国家科学技术奖已尘埃落定，由南航自动化学院航空电源航空科技重点实验室“双凸极电机及其控制技术”研究团队成员周波、孟小利、陈志辉、王慧贞、张卓然和严仰光等完成的“双凸极电机及其起动发电系统”以其结构简单、可靠性高等突出优点，获得国家技术发明奖二等奖。站在领奖台上的周波激动万分，他深知，这份令团队骄傲、令南航骄傲的荣耀来得是何等的不易。他们为之奋斗了整整10年！
“啃”国外学者难啃的“骨头”
高压直流电源是航空电源的重要发展方向。研制一种能满足高压直流电源技术所需，而又结构简单、高可靠性的电机系统，一直受到国内外学者的普遍关注。开关磁阻电机最早受到关注，并得到了应用，但其发电工作需要可靠性相对较弱的可控功率变换器。
20世纪90年代，美国Lipo教授在开关磁阻电机的基础上，研制出另一种结构简单、可靠性高的永磁双凸极电机。在深入分析开关磁阻电机与永磁双凸极电机的基础上，1998年南航电气学科老一辈带头人严仰光教授带领他的学生开始了电磁式双凸极电机的研究，并组建起一支研究团队。此后，周波教授、王慧贞研究员从导师手里接过了研究工作的重担。
按照研究的预期设想，电磁式双凸极电机既具有开关磁阻电机和永磁双凸极电机结构简单、适合高速运行的优点，同时发电控制比开关磁阻电机、永磁双凸极电机更简单，无需可靠性相对较弱的可控功率变换器，在飞机、车辆等领域的应用有广阔的前景。
电磁式双凸极电机的研究很快引起了国内各方高度关注，1999年便得到了航空科学基金资助，此后围绕双凸极电机及其控制技术开展的研究陆续得到各类基金的青睐。
研究虽说开了个好头，但对于团队当初涉足双凸极电机研究，许多人并不看好，项目组也好比是摸着石头过河，心里没底。要知道，他们可是在“啃”一块国外学者也难啃的“骨头”。原来，国外学者早前已经着手电磁式双凸极电机的研究，只是由于一些关键技术没有解决，未达到预期效果，便中断了研究，退而求其次。
比技术更难的是“坚持”
电磁式双凸极电机研究的设想很美好，但要变为现实并不容易。这是一种新型电机，可参考资料很少。而且双凸极电机及其控制系统研究涉及电机本体、数学建模、控制实现、样机制作等过程，需要不断进行结构完善、数字仿真与实验验证，技术难度可想而知。研究初期，碰到棘手的难题是电机发电效率低，发热严重，达不到预定功率。
在这一过程中，他们多次更改电机的结构与参数，由于电机需要由专业工厂加工，每修改一次电机参数，加工一次电机，都要耗上项目组几个月的时间。周波教授感慨道：“比技术更难的是坚持。”
10年来，先后有30多名师生参与研究，但是由于起初的几年，研究进展并不顺利，许多人思想上产生了动摇。研究团队中有一位年轻学子，由于科研表现突出，获得了留校并免试攻读博士的资格，但他对继续从事双凸极电机的研究前途感到迷茫，决然放弃了垂青于他的机遇。看到学生去意决绝，作为导师的周波心里虽有许多不舍，但当他了解到学生真实的想法后，他选择了理解。因为面对研究过程出现的林林总总的技术难题，包括他在内的团队的每一个人都有过彷徨，心里打过退堂鼓。学生可以放弃，但他和他的同事却必须坚持。
团队成员的执著与坚持让双凸极电机及其控制技术的研究渐入佳境。2005年交付某研究所的30kW双凸极电机高压直流发电系统，成为国内首次完成的某车辆大功率高压无刷直流发电系统；2006年交付航空某厂的基于双凸极电机的QFW-18无刷直流起动发电系统，成为国内第一台在航空发动机台架上完成冷、热开车试验的自主研制的无刷直流起动发电系统，与现有QF-12相比，同尺寸、同转速下功率增大50％，且减小了损耗，提高了效率，降低了电机升温……
守得云开见月明
“皇天不负苦心人”，10年来的苦心砥砺让研究团队有了沉甸甸的收获。他们先后得到国家“973”计划项目、国防“863”项目、国家自然科学基金重点项目、国防预研项目以及省部级基金等15个项目的资助。
在新型双凸极无刷直流发电机和起动发电机系统、双凸极电机的新结构、发电控制技术、电动控制技术以及励磁技术等方面均有重要突破；共申请发明专利30多项，其中12项已授权；在国内外发表论文111篇，2008年曾获得国防技术发明奖一等奖。
2007年原国防科工委对“电励磁双凸极发电机和起动发电系统”项目组织的技术鉴定时给予了很高的评价。2009年，团队被评为“航空电源技术”国防科技创新团队。团队负责人周波先后获得首批“国防科技工业百名优秀博士”、“江苏省优秀教育工作者”等荣誉称号，并入选江苏省“六大人才高峰”高层次人才培养对象、国防科技工业“511人才计划”、江苏省“创新学者攀登计划”；团队骨干王慧贞2008年获得“江苏省十大杰出专利发明人”称号；团队培养的多个学生成为省级优秀硕士、博士论文的获得者……
国家技术发明大奖的获得，让团队看到了更广阔的研究前景，他们将继续探索，不断前行，研制出更多的新型电机，努力推进研究成果的应用，为我国的航空事业和绿色能源的有效利用作出更大的贡献。
《科学时报》 (2010-3-16 B3 专题)
