導讀：電機涉及到方方面面，從發(fā)電，到用電。任何一點(diǎn)電機效率的提高對行業(yè)來(lái)講都特別重要。中國是世界上最大的電機生產(chǎn)國，但是中國電機的出口和整體水平，跟國外還有不少的差距，特別是效率和材料消耗方面。要想最大地降低損耗，最大效率利用能源，高效節能電機無(wú)疑是最好的選擇。但是由于成本較高，其市場(chǎng)普及率并不高。面對這個(gè)問(wèn)題，來(lái)看專(zhuān)家如何回答。

    人類(lèi)目前使用的絕大部分電能都是由發(fā)電機產(chǎn)生的，據統計，全世界工業(yè)用電動(dòng)機消耗了總發(fā)電量的30%—40%，在我國，超過(guò)60%的年發(fā)電量被各種各樣的電動(dòng)機所消耗，轉換為機械動(dòng)力。

　　如何最大地降低這種自身?yè)p耗，最大效率利用能源，高效節能電機無(wú)疑是最好的選擇。但是由于成本較高，其市場(chǎng)普及率并不高。面對這個(gè)問(wèn)題，在電機行業(yè)專(zhuān)心探求數十年的曲榮海教授用一句話(huà)來(lái)回答：“降低研發(fā)成本，降低材料成本，降低自身能源損耗，提高輸出效率”。而這，也正是這位務(wù)實(shí)專(zhuān)注的科學(xué)家一直在做的事情。

　　“心有多大，路有多遠。”有些人的人生曲線(xiàn)， 注定要與眾不同。

　　從意氣風(fēng)發(fā)的草原兒郎成為上世紀八十年代的清華驕子，從求學(xué)就職十多年的水木清華再到大洋彼岸的美國威斯康辛大學(xué)，從讓人夢(mèng)寐以求的GE研發(fā)中心總部高級工程師到華中科技大學(xué)教授，他的腳步橫跨了半個(gè)地球，但是當你細細察看，每個(gè)腳印里都只有四個(gè)字：中國電機。

　　他就是華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院副院長(cháng)、博士、博士生導師曲榮海教授，國家“千人計劃”特聘專(zhuān)家，強磁場(chǎng)工程與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室副主任，IEEE高級會(huì )員，IEEE多個(gè)會(huì )議和期刊審稿人，Sigma Xi會(huì )員，中國電工技術(shù)學(xué)會(huì )高級會(huì )員，擁有中國、美國、日本、歐盟等10個(gè)國家和地區的發(fā)明專(zhuān)利幾十項……盡管有這一長(cháng)串成就，他卻始終給人一種如沐春風(fēng)的感覺(jué)。走近他，他的儒雅有致、條理分明使得交流都成為一種學(xué)習和享受，那枯燥辛苦的科學(xué)探求之路也讓他以淺顯風(fēng)趣的語(yǔ)言娓娓道來(lái)

　　遠渡重洋，漫漫電機探索路

　　對曲榮海來(lái)說(shuō)，當初深藏內心深厚的清華情緣遠赴美國，只是為了今天的厚重回歸。而這些年來(lái)的辛苦求學(xué)和科研工作，也都只有一個(gè)目標，那就是振興中國電機產(chǎn)業(yè)，讓中國有能力生產(chǎn)出世界頂級電機，徹底擺脫對于國外的技術(shù)依賴(lài)。

　　在這個(gè)過(guò)程中，他的努力也為他帶來(lái)了一般人難以企及的成就。數十年來(lái)，曲榮海以高參數復雜電磁結構裝置與系統為研究對象，進(jìn)行多種新型特種電機的設計與研發(fā)，先后提出了多種新原理和新方法，發(fā)明了多種新型電機拓撲，其研究成果處于國際領(lǐng)先水平，在電磁場(chǎng)耦合機電能量轉換理論研究、大型永磁風(fēng)力發(fā)電機、新型大功率海底永磁電機、高電磁參數電磁裝置等領(lǐng)域均取得了標志性成果。

　　而他在電機領(lǐng)域的探索亦早已顯露出了非凡的天份。早在2003年，曲榮海剛剛進(jìn)入美國GE公司全球研發(fā)中心總部，就一鳴驚人地根據多電磁場(chǎng)耦合機電能量轉換原理，發(fā)明了新型高功率密度雙側（雙轉子或雙定子）電機拓撲，并形成了完整的理論和設計方法。與普通單側電機相比，該電機功率密度提高了80%以上，成功排除了大型直驅式電機向更高功率發(fā)展的障礙。該技術(shù)后來(lái)應用在了由美國能源部支持的3.5兆瓦永磁直驅風(fēng)電機組的研制中，是世界范圍內首次將雙側電機技術(shù)應用于風(fēng)電領(lǐng)域。憑借這項發(fā)明，他榮獲了GE全球研發(fā)中心技術(shù)成就獎，發(fā)表的相關(guān)學(xué)術(shù)論文獲得2002年IEEE IAS電機委員會(huì )頒發(fā)的最佳論文獎。

　　2004年，曲榮海再創(chuàng )新高，發(fā)展了高電磁參數電磁裝置的設計和運行理論，發(fā)明了多種超導電機拓撲結構。超導發(fā)電機是一種采用超導體替代常規導體制造的電機，由于超導材料中可以流過(guò)很大的電流，建立很強的勵磁磁場(chǎng)，因此它能極大地提高發(fā)電機的功率密度，使發(fā)電機結構更加緊湊，體積和重量顯著(zhù)降低。值得一提的是，它在非額定負載情況下的效率也較高，這一點(diǎn)對于功率隨風(fēng)速隨機波動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電機尤為重要。同時(shí)，超導發(fā)電機還具有低振動(dòng)、低噪聲、電壓波形正弦性好等優(yōu)點(diǎn)。

　　風(fēng)力發(fā)電機的研發(fā)是提高風(fēng)電機組技術(shù)水平和核心競爭力的關(guān)鍵。2003至2010年期間，曲榮?；陔姶沤Y構與機械傳動(dòng)結構一體化設計原理，成功研發(fā)了多種大型永磁風(fēng)力發(fā)電機，包括高速、中速和直驅式永磁發(fā)電機，同時(shí)發(fā)明了多種電機拓撲結構、磁鋼保護方法、線(xiàn)圈繞制方法等，并應用于實(shí)際；在中速發(fā)電機中，曲榮海將變速箱和永磁發(fā)電機集成一體化，縮短了機組軸向長(cháng)度，提高了機組效率，顯著(zhù)降低了機組的制造、運輸和安裝成本。該技術(shù)是目前世界上風(fēng)力發(fā)電機領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)之一，代表著(zhù)中高速風(fēng)電機組的重要發(fā)展方向。

　　在航空及海底電機技術(shù)研究上，高可靠性對于航空電機、海底電機等至關(guān)重要，對此他提出了一套在惡劣工況下提高電磁裝置可靠性的設計原理，并將其應用于新型高容錯能力航空永磁發(fā)電機和一種新型大功率海底永磁電機的設計當中。

　　……

　　在他看來(lái)，現有的成績(jì)并非終點(diǎn)，而只是一種準備，一種為今日所做事業(yè)的必經(jīng)過(guò)程。不同的是，過(guò)去他是一個(gè)人在努力，而現在，他正致力于使更多的人對這個(gè)學(xué)科更加了解、熱愛(ài)，與他并肩而戰。

　　人才建設，引領(lǐng)技術(shù)創(chuàng )新潮

　　“電機涉及到方方面面，從發(fā)電，到用電。任何一點(diǎn)電機效率的提高對行業(yè)來(lái)講都特別重要。中國是世界上最大的電機生產(chǎn)國，但是中國電機的出口和整體水平，跟國外還有不少的差距，特別是效率和材料消耗方面。”

　　整個(gè)采訪(fǎng)過(guò)程中，他提到最多的是技術(shù)核心的原始創(chuàng )新：“我們要做就要做純粹中國血統的，要做就做最好的，當然也是最適應中國市場(chǎng)的。這其中最為關(guān)鍵的，還是人才，我國這方面的人才太稀缺了，現在人才梯隊建設刻不容緩。”

　　為此，2010年8月中組部引進(jìn)風(fēng)電領(lǐng)域“千人計劃”向他拋出橄欖枝時(shí)，他立即放下蒸蒸日上的事業(yè)，離開(kāi)在美國的妻子和求學(xué)的孩子，孤身飛回祖國，全職加入華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院。作為領(lǐng)軍人，曲榮海依托華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，于2011年9月正式成立華中科技大學(xué)創(chuàng )新電機技術(shù)研究中心。該中心定位于基礎和應用研究，立足國際科技前沿，以滿(mǎn)足國家重大戰略需求為出發(fā)點(diǎn)，力爭在電機設計和驅動(dòng)控制技術(shù)方面成為世界一流的科技創(chuàng )新研究平臺。

　　僅僅兩年的時(shí)間，在學(xué)院支持和他的個(gè)人努力之下，中心的建設已經(jīng)初具規模。在基礎設施方面，搭建了三個(gè)特種電機測試平臺，購置了一系列相關(guān)儀器設備，為今后的科研課題研究打下了必要的物質(zhì)基礎；在人才培養方面，他正在培養十位碩士、八位博士研究生和一位博士后，同時(shí)正在引進(jìn)海外電機人才，包括一名國家“青年千人計劃”專(zhuān)家、一名湖北省特聘專(zhuān)家等，并積極聯(lián)合院系內二十多位教師、十多位教授參與課題研發(fā)；在教學(xué)方面，針對學(xué)生對電機設計知識的缺乏，計劃開(kāi)設一門(mén)電機設計全英語(yǔ)課程，以推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量的全面提高；在學(xué)術(shù)交流方面，具有長(cháng)期海外工作經(jīng)歷的他充分利用國際資源，開(kāi)展了多次交流活動(dòng)，包括邀請國外著(zhù)名教授來(lái)訪(fǎng)考察、參加頂尖國際會(huì )議、受邀至國外高校發(fā)表學(xué)術(shù)報告等。

　　有夢(mèng)想，才有可能成功！這些具體的工作，可謂繁重龐雜，但曲榮海卻樂(lè )在其中，因為，他離自己的夢(mèng)想更近了。

　　“做最好的新型高效節能電機，爭取早日實(shí)現中國從電機大國向電機強國的跨越！”，這看似口號的一句話(huà)卻在曲海榮心中響了二十多年。對當年那個(gè)青澀的清華學(xué)子來(lái)說(shuō)，這也許只是一個(gè)夢(mèng)想，如今，卻已然成為他的事業(yè)理想，也是他從未改變的方向。

　　對 話(huà)

　　問(wèn)：我國在電機研發(fā)方面，同國際先進(jìn)技術(shù)相比有哪些方面的差距？對行業(yè)影響有多大？

　　曲榮海：就中小型異步電機來(lái)說(shuō)，跟國外的比，我國一個(gè)同等性能的電機多用10%—20%的材料，而中國的產(chǎn)量每年大約有1.3億千瓦，僅此一項每年就浪費了約10億多元?？墒俏覀冑u(mài)的價(jià)格還相對低，這樣利潤就會(huì )降低很多。我國的中小型電機的效率平均大約89%，而高效電機的效率平均可達94%，我國因此每年多耗電530億多千瓦時(shí)。這還只是大眾產(chǎn)品，雖然成本很高但還能做出來(lái)，還有很多是做不出來(lái)的。比如說(shuō)中國的高鐵很發(fā)達吧，高鐵里的牽引電機也是國產(chǎn)的，但原始技術(shù)卻是進(jìn)口的。很多的基礎建設和大型設備，我們?yōu)槭裁床荒苓M(jìn)行原始設計原始創(chuàng )新，一定要從國外引進(jìn)？特別是一些尖端技術(shù)，在國際上技術(shù)都是封鎖的，我們又該怎么辦？這個(gè)問(wèn)題困惑了我很多年，也激勵了我很多年。

　　好在現在我們國家已經(jīng)意識到這個(gè)問(wèn)題的嚴重性，前段時(shí)間我看到國務(wù)院一個(gè)文件就是加快改進(jìn)，提高電機的轉換效率，這方面已經(jīng)很迫切了。

　　問(wèn)：如果國內的所有電機技術(shù)能更新，每年能節約多少能源？

　　曲榮海：如果都能提高一點(diǎn)，哪怕1%，那全國的整體效益非常大。很多人認為，電機就是個(gè)器械，我買(mǎi)了用就行，大家沒(méi)有在意，也許你的電機多花了15%，多花點(diǎn)錢(qián)，不在意。但大家沒(méi)意識到電機在中國的工業(yè)里無(wú)所不在，涉及面太廣。比如變頻空調技術(shù)，被評為國家級獎，為什么它能評獎呢，就是因為節能，那么多空調都提高5%，能節省多少？規模效益，但是空調這種的電機在所有電機里占的還是很小的一部分。我國中小型電機因為效率問(wèn)題，每年多耗電530億多千瓦時(shí)，浪費相當驚人，任何運動(dòng)的東西沒(méi)有不用到電機的，所以這個(gè)行業(yè)還有很多事情要做。我現在做的比如牽引電機、風(fēng)電發(fā)電機、永磁電機和超導電機、伺服電機等，這幾個(gè)方向都是比較熱門(mén)的，也有很多的工作要做。

　　我現在正在作一個(gè)調研報告，各種電機和國際標準差多少，然后材料浪費了多少，但這個(gè)想做詳細、準確了很難，需要很多方面的支持。我現在想做的就是把中國電機行業(yè)的整體水平調研出來(lái)。

　　問(wèn)：在目前的研發(fā)過(guò)程中，您最重視的是什么？您現在產(chǎn)業(yè)化方面開(kāi)始進(jìn)行了嗎？有什么想法？

　　曲榮海：優(yōu)化。我經(jīng)常說(shuō)，你買(mǎi)國外設計，那是對他來(lái)說(shuō)最好的產(chǎn)品， 但對你來(lái)說(shuō)不一定是最好的。產(chǎn)品是怎么設計的，要有很多優(yōu)化。優(yōu)化什么？?jì)?yōu)化的目標是什么？

　　首先，在滿(mǎn)足功能的情況下，盡量降低重量和成本。比如說(shuō)，我們設計一個(gè)電機，本來(lái)一個(gè)電機應該設計成直徑大一些，短一些，這樣設計是最優(yōu)化的，產(chǎn)品最輕，用料最少。但是國外的高速公路只能運輸4米的長(cháng)度，那運輸成本就漲上去了。對比一下，還不如設計成細一點(diǎn)長(cháng)一點(diǎn)，運輸成本能降低很多，整體成本也會(huì )下降。在中國可能是4.2米，也可能是3.8米，這個(gè)結果是不同的。所以我們設計的時(shí)候要考慮到很精細的程度，這就是優(yōu)化。

　　功能做到了，還有很多東西要細化。比如具體到每一個(gè)尺寸，做到什么程度，是和生產(chǎn)加工工藝有關(guān)的。我們能加工到1毫米，那就設計1毫米。如果你設計的是1毫米，但你加工不了，那就是設計得不好，不實(shí)用，就是一種浪費。在這方面，我們一定要有做設計的精打細算，最簡(jiǎn)單的理解就是最少投入和最大產(chǎn)出。

　　產(chǎn)業(yè)化目前還沒(méi)有，因為我希望先做好技術(shù)，根據我國的特點(diǎn)設計出好產(chǎn)品，然后再產(chǎn)業(yè)化。好的東西做出來(lái)是不愁市場(chǎng)的。目前來(lái)講，需要項目出來(lái)了再去產(chǎn)業(yè)化，這樣才比較有意義。我們現在做的東西，不僅僅是一個(gè)發(fā)現，而是一個(gè)系統工程，這需要一個(gè)過(guò)程和時(shí)間。