重大突破！华科大这项技术有望用于高铁、磁悬浮列车

极目新闻记者　李碗容

实习生　梅雨菲

通讯员　王潇潇　高翔

人们都知道，巨大的风力发电机安装起来很不方便。很多人不知道的是，它的核心永磁电机磁极安装时还存在一定风险。10月8日，极目新闻记者从华中科技大学获悉，9月29日，华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心李亮教授带领的团队成功实现20MW全球最大单机功率风力发电机转子的整体充磁，成为全球唯一能对兆瓦级永磁风力发电机全系列机型整体充退磁的技术团队。

这一技术实现了永磁磁极先安装再充磁，推动永磁电气装备的高效、高性能制造，也使我国风电绿色制造实现里程碑式高质量发展。

华科大团队合影

十几年科研攻关实现全球重大突破

“磁极由很多磁钢组成，磁钢简单来说就是我们小时候玩的吸铁石。大家都有印象，同极性吸铁石是很难挨在一起的。”8日下午，华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心丁洪发教授和吕以亮副研究员代表该团队，详细介绍了这一科研成果。吕以亮介绍，永磁风力发电机是风力发电的主力机型，其转子磁极由众多磁钢拼装而成。传统技术都是磁钢先充磁再组装。此时，磁钢因为带有磁性，存在巨大的排斥力，组装就很困难，还有人员受伤的安全隐患，组装精度也会较难控制。

基于国家脉冲强磁场科学中心技术积累，经过10多年的科研攻关，团队在国际上首次提出大型永磁电机“无磁装配－整体充磁”方法，并于2021年6月研制出中国首台（套）大型永磁电机整体充磁装备，完成2.5兆瓦直驱永磁风力发电机转子的整体充磁。今年，在中车永济电机有限公司实现了20MW全球最大单机功率风力发电机转子的整体充磁。

“这个研究涉及电、磁、热、力等各种极端条件，我们要将这些极端条件统筹在一起开展研究，还要达到工业化标准，实现设备长寿命、高频率的运转，难度是非常大。”丁洪发说。

单极整体充磁原理图

从团队展示的中车永济风机生产现场可以看到，整个装置可分为三个部分组成，充磁电源、推进系统、风机转子，充磁电源长宽高分别为5米、3米和4米，像是一排柜子排列在一起。风机转子的直径约为3米，风机转子则像是一个旋转的泳池，其外围装备有诸多磁极，每个磁极的宽度约为0.3米，高约1米。

丁洪发教授介绍，在给这些磁极充磁时，只需操作推进系统使得充磁线圈靠近磁极，给充磁电源充电，再给充磁线圈放电，这样就完成了磁钢的充磁。“一般一个小时就可以完成一个20MW单机功率风力发电机转子充磁，而且我们可以实现磁极的100％有效充磁。”丁洪发谈到，使用该技术在磁钢安装过程中没有任何排斥力，有效提高了装备精度、装备效率以及电机电气和机械性能，还大幅提高生产效率和生产安全性，降低了生产成本。

该技术有望用于提升高铁等装备性能

根据国家能源局数据显示，截至今年6月底，我国风电装机总容量将达3.89亿千瓦，而在风电装机容量不断增加的同时，早期投运的风电机组也将迎来大规模“退役潮”。团队负责人李亮教授介绍，该技术对于“退役”永磁风电机组的绿色再制造也将起到极其关键的作用。目前，华科大团队已经成功研发出了充退磁一体化装备，且具备核心知识产权。

据悉，我国许多重要装备使用了永磁部件，如高铁驱动电机、电动汽车、磁悬浮列车、永磁核磁共振成像仪、飞轮储能电机、舰船驱动电机和其他航空航天高速电机等。丁洪发教授介绍团队这一技术可应用于以上诸多方面，提升这些装备的性能。

华科大脉冲强磁场科学中心

吕以亮举例，舰船对电机的震动和噪声要求非常高，这就要求电机转子的动平衡精度要非常高。“如果充磁后再转装，由于他们都带有磁性，会影响平衡精度，但我们的技术就不会存在这一问题。”吕以亮说。丁洪发教授补充，这一技术将给永磁风电机的设计提供更多可能，给电机的性能提升带来更大的空间，科学家就有望研发出更大容量更高性能的永磁电机，对于保持我国在风电领域的国际领先地位，也具有重要的战略意义。

丁洪发介绍，下一步团队将进一步深化与相关企业开展产学研合作，一是全面推进整体充退磁技术在现有永磁电机装备生产中的应用；二是基于整体充退磁技术，开展新型高性能永磁装备的设计研发，进一步提升设备现有性能；三是推动这一技术在“退役”永磁风电机组绿色再制造上的应用。

此项成果离不开国家重大科技基础设施——脉冲强磁场实验装置的支持。该实验装置可提供强磁场、极低温、高静压等实验环境，是支撑物理、化学、材料和生物医学等多学科领域科学研究的“国之重器”。截至今年8月，该装置已累计开放运行80626小时，支撑中国、美国、英国、德国等国家的125家科研单位开展实验1804项，取得包括发现第三种规律新型量子振荡等系列成果。