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郑州大学八旬教授邓隐北,潜心20年研究电动汽车用轮毂电机初获成

2018-09-10 17:11
来源: 河北商网
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  郑州大学机电工程学院原院长邓隐北教授

  河北商网 据豫网(豫网-河南门户 李代广)“这个倾注了我近20年心血的项目,在历经数百次反复实验、经过5次大的升级改造后,终于获得了初步成功。”9月2日下午,在河南省郑州市高新技术产业开发区一个企业总部大楼内,年逾八旬的老教授、郑州大学机电工程学院原院长邓隐北告诉记者。

  这个项目,就是先后获得了5项国家专利的电动汽车用外转子双凸极永磁(DSPM)轮毂电动机,邓隐北教授研制成功的2台PMSM轮毂电机,在经过近两年的实践运用中,各项指标正常、性能良好,达到了节能、环保、高效的目标。

  身材单薄、面容消瘦、穿着简单的邓隐北教授,因为长期患有白内障眼疾,在接受记者采访时,需要不停的擦拭眼晴,在谈到这个项目的研发成功,将会带来巨大的社会效益时,他喜悦的心情溢于言表。

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  邓隐北教授(右)和他的工作助手、项目组成员、河南汇德电气股份有限公司总经理唐庆伟

  邓隐北教授的工作助手、项目组成员、河南汇德电气股份有限公司总经理唐庆伟告诉记者,电力驱动是未来汽车的发展方向,轮毂电机技术的最大特点就是创造性的将动力、传动和制动装置整合到轮毂上,实现了新能源汽车发动机、变速机构的一体化,既可减少80%的传动部件,减轻30%的自身重量,又可极大程度提高电池能效,延长了续驶里程,是一个利国利民的好项目。

  献身电力科技工作一甲子,获得国家专利50余项

  1937年6月出生的邓隐北教授,自1961年从华中理工大学电机工程系毕业、并当年参加工作以来,先后在中朝合办云峰发电厂担任助理工程师,河南大学外语系电化教研室主任、工程师,黄河大学科研教务处副处长兼电教中心主任、高级工程师,郑州大学机电工程学院院长、教授。

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  可以说,近60年来,邓隐北教授的工作一直都围绕在电力科技工作方面,正是这种专业、专注的工作态度,使他取得了丰硕的成果,发表科研论文900余篇,获得国家专利50余项。

  自1963年始,邓隐北教授翻译了英、俄、日、德、法等五国文字的科技论文及实用先进技术累计900余篇,200多万字,先后发表在本专业的30余种全国核心期刊上。

  邓隐北教授还多次赴加拿大、日本、美国等国家和地区进行学术访问、技术合作与交流,参加“第16届国际电磁技术学术会议。”

  邓隐北教授还受聘担任中国电机工程学会河南院校联合分会常务理事、中国水利工程学会河南省水力发电专委会副主任、河南省水利厅水电公司技术顾问,以及河南省科委高新技术专家、机电评审组副组长等职务。

  早在1960年代,邓隐北教授在东北电力系统工作期间,因参加对苏联机组的质检和索赔,为国家挽回经济损失20余万元(当时面值)。

  2001年9月,他主持并完成省科技攻关项目“JFY19—02永磁汽车发电机”的研制,又一次确认该成果属国内领先水平。

  2008年3月至2011年2月,他受聘河南森源电气股份有限公司(主板上市公司),任技术顾问,参加省自主创新资金项目《兆瓦级风电成套设备研发及产业化》的立项及评审,获批经费300万元。

  2012年,邓隐北教授在广东和河南两家公司,负责风光互补供电系统中的永磁风力发电机设计及样机制造,向国家知识产权局申报并授权了《伺服电机及永磁风力发电机》有关的实用新型与发明专利5项。

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  这期间,他还发表《水电站微机实时监控系统》、《稀土永磁同步电动机》、《高能超导发电机》、《风力发电、太阳能》等论文500余篇,并获得省、国家级优秀科技论文的多项奖励。

  2013年至2014年,邓隐北教授与广东力好科技有限公司共同研制了《双定子单转子的无铁芯风力发电机》2台,已经投入实际运用。

  2018年,81岁的他还为河南“汇德电气”和江西“森阳科技”两家公司,研制了PMSM轮毂电机2台样机;为广东“力好科技”和江西“诚正稀土”两家上市公司的院士工作站承担了PMSM电动汽车用轮毂电机的研发任务。

  老骥伏枥志在千里,潜心研制电动汽车用轮毂电动机

  作为一个与电力科技打了半个世纪交道的科技工作者,邓隐北教授认识到,以煤炭为主要能源的第一次工业革命,以石油和内燃机为代表的第二次工业革命,都给当时汽车的发展带来了质的飞跃,现在第三次工业革命方兴未艾,在发展过程中,新能源、自动驾驶等汽车相关的关键词成了最近几年的热点话题。

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  随着汽车工业的快速发展,居民的收入水平不断提高,购买力逐渐增强,对汽车的需求也不断增加,汽车产业在带来社会进步的同时,也消耗了大量能源,影响环境和生命健康,目前,节能、环保、减排已经成了汽车行业最热门的词汇,汽车行业也面临着节能环保的强大压力。

  在长期的工作实践中,邓隐北教授认为,电力驱动是未来汽车的发展方向,电力驱动将以解决新能源汽车成本、能耗、污染等问题,而具有广阔的发展空间。

  众所周知,对传统汽车而言,离合器、变速器、传动轴、差速器乃至分动器都是不可或缺的,而这些部件不仅重量不轻,让车辆的结构更为复杂,同时也存在定期维护和故障率的问题。

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  如果采用电机直接驱动轮毂,那就可以大幅度减少整个传动、制动等系统部件,使车辆结构更加简单,同时提高了整车的传动效率,节省了空间、减轻了重量。

  轮毂电机技术又称车辆内装电机技术,它的最大特点就是将动力、传动(转速、变速)以及制动、能量回收装置与轮毂结合在一起,高度集成为一体,达到节能、减载的高效率化。

  轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性,故无论是前驱、后驱、还是四驱形式,都能较轻松地实现;可以通过左右车轮的不同转速甚至反转,实现类似履带式车辆的差动转向,即所谓差速控制。

  随着新能源汽车的发展,不少汽车都采用电力驱动的方式,减少尾气排放和污染。而且可以用于提供起步、急加速的助力以及刹车时的制动力。同时,在新能源汽车领域还可实现能量的回收和利用等。

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  轮毂电机必将成为电驱动汽车的终极解决方案,创造性的将动力、传动和制动装置整合到轮毂上,变中央式驱动为分布式驱动,省掉了传动轴、差速器等传动部件,实现了新能源汽车发动机、变速机构的一体化,既可减少80%的传动部件,减轻了30%的自身重量,又可极大程度提高电池能效,延长续驶里程。具有高效、节能、轻量化、小型化等诸多优点。

  轮毂电机的另一特点是能解决低底板、而且是大通道。整个车辆内部通道宽敞,没有发动机占位。由于是低底板,人的上下就能大流量,非常便捷。同样是一个12m车,如果是低底板的大客车,能提高运行效率至少20%,对于我们最后1km来说,也即是一个大的智能环保的交通。

  就是在这样的思想动机的支配下,邓隐北教授从1998年开始,就开始了这个项目的研究。

  为了做好油电混合式轮毂电动汽车研制,完成好设计、制作、融资、立项等等工作,充分发挥好各类专家、工程技术人员的作用,他们成立了“油电混合式轮毂电动汽车研制项目组”,邓隐北教授担任项目总技术负责人,成员包括来自郑州大学、河南工业大学、湖南大学等高校,以及河南汇德电气股份有限公司、江西森阳科技股份有限公司、汕头伺科科技有限公司、河南视通网络技术有限公司、河南科诚节能环保检测技术有限公司等企业。

  项目组的宗旨是,了解国内外较先进的汽车制造技术,研制成功轮毂电动机,用于汽车制造技术上,开发出适合我国国情的油电混合型汽车,并形成系列产品,适合各类人员和行业使用。

  历经千辛万苦,轮毂电机研制终获多项国家发明专利

  在接受记者采访时,邓隐北教授思路清晰、表述简明、逻辑严密、语言流畅、语气诚恳,让我们对这位孜孜以求、81岁高龄的科学家肃然起敬。

  以邓隐北教授为主要工作人员的项目组,认真研究了国内外电动汽车的发展情况,和轮毂电机在汽车工业上的应用。

  早在1900年,德国保时捷就首先制造出前轮装备电机的电动汽车,在20世纪70年代,这一技术在矿山运输车等领域得到应用;国内也有自主品牌汽车厂商开始研发此项技术,2011年的上海车展展出的瑞麒X1-EV电动车就采用了轮毂电机技术。日本、美国等厂商对此研发较早,包括通用、丰田在内的汽车巨头都对此技术有所涉足。

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  荷兰将在2025年全部禁止生产、销售柴油车和汽油车; 德国到2030年干脆不允许传统内燃机汽车上路;《中国制造2025》、尤其是最近出台的《节能和新能源汽车技术路线图》,轮毂电机技术已被列入重点突破的关键项目之一。

  这一切均在表明:低碳化、信息化、智能化已将成为未来汽车技术的发展趋势,新能源汽车取代内燃机汽车势在必行,其势不可挡。作为新能源汽车,纯电动汽车动力传动系统终极解决方案的轮毂电机技术,也必将迎来前所未有的利好,并在中国新能源汽车的配套市场赢得极大的机遇。

  他们先后到过湖南大学电气工程学院、华中科技大学电机工程系、以及华科大的国家重点电机实验室,还有首次将DSPM(双凸极永磁电机)应用于风力发电和汽车轮毂电机的东南大学等全国知名高校(现均为国家双一流大学,包括郑州大学)并和权威电机教授一起进行调研、请教和讨论。提出了用DSPM这种独特的结构型式作为电动汽车用于直接驱动的轮毂电动机。

  与此同时,他们课题组的主要技术骨干,在参阅了国内、外大量有关轮毂电机资料的基础上,与郑州大学电气工程学院齐歌博士等对轮毂电机初步确定的设计方案进行了多次的计算机仿真(模拟试验),结果显示,他们的初步设计基本满足国家有关电动汽车运行的指标要求或处于容许的指标范围以内。

  由于没有足够的科研经费,课题组的全体成员都本着一个共同的原则:少花钱多办事,力求节省开支,把钱用在最需要的地方。

  他们在与湖南大学电气学院4位博士和1位博导共同讨论电机的结构设计时,对方提出制作样机必须首先提出设计方案,一个方案包含全部加工生产图纸的最低费用是5万元。他们经过慎重考虑,没有依赖外单位,一切独立自主、群策群力、发挥本身优势,结果在一个月的时间内完成了这一关键的初步设计任务。

  在湖南大学出差期间,湖大校内的聚贤宾馆是专门接待校外人员住宿的地方,每晚的房价为每天280元,他们就到学校外面住进了价格低廉每天50至80元的小旅店,也有人宁愿多次换乘公交车、住在远离湖大的亲戚家。

  在江西赣县公出时,为解决轮毂电机大量需要的钕铁硼磁钢,借助于赣州诚正稀土新材料股份公司的高性价比磁钢优势,利用工厂的生产、加工条件,制作样机零部件并组装成功。从来不住当地的高档宾馆,而是选住在县内的30至50元一天的小旅店或公司的集体宿舍,为样机的制作节省了大量的公出费用。

  在国家知识产权局的热情推荐下,还发文邀请了课题负责人及第一发明人邓隐北教授,参加了在北京举行的第十一届中国科学家论坛,会上将他们研究的“电动汽车用外转子双凸极永磁轮毂电动机”作为论坛的推介交流成果。

  他们第一次申报的实用新型专利是:电动汽车用双凸极永磁轮毂电动机,专利号为ZL201320520701.9,从初审合格并批准授权用了不到一年;接着,他们又申报了该项目的发明专利,获得批准,专利号为ZL201410528108.8。

  在采访最后,邓隐北教授告诉记者,尽管轮毂电机的研制过程异常艰难,可以说困难重重,但我们整个研发团队信心百倍,坚定地迈步在崎岖坎坷的科研道路上。

  邓隐北教授就像一只排空而上的鲲鹏,翱翔在科技创新的碧空中。(作者李代广系企业家日报记者



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( 编辑: 郝秀国 ) 【字号: 】【打印】【关闭