導讀：電機涉及到方方面面，從發(fā)電，到用電。任何一點電機效率的提高對行業(yè)來講都特別重要。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(jié)能電機無疑是最好的選擇。但是由于成本較高，其市場普及率并不高。面對這個問題，來看專家如何回答。

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

　　如何最大地降低這種自身損耗，最大效率利用能源，高效節(jié)能電機無疑是最好的選擇。但是由于成本較高，其市場普及率并不高。面對這個問題，在電機行業(yè)專心探求數(shù)十年的曲榮海教授用一句話來回答：“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，也正是這位務實專注的科學家一直在做的事情。

　　“心有多大，路有多遠。”有些人的人生曲線， 注定要與眾不同。

　　從意氣風發(fā)的草原兒郎成為上世紀八十年代的清華驕子，從求學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，從讓人夢寐以求的GE研發(fā)中心總部高級工程師到華中科技大學教授，他的腳步橫跨了半個地球，但是當你細細察看，每個腳印里都只有四個字：中國電機。

　　他就是華中科技大學電氣與電子工程學院副院長、博士、博士生導師曲榮海教授，國家“千人計劃”特聘專家，強磁場工程與新技術國家重點實驗室副主任，IEEE高級會員，IEEE多個會議和期刊審稿人，Sigma Xi會員，中國電工技術學會高級會員，擁有中國、美國、日本、歐盟等10個國家和地區(qū)的發(fā)明專利幾十項……盡管有這一長串成就，他卻始終給人一種如沐春風的感覺。走近他，他的儒雅有致、條理分明使得交流都成為一種學習和享受，那枯燥辛苦的科學探求之路也讓他以淺顯風趣的語言娓娓道來

　　遠渡重洋，漫漫電機探索路

　　對曲榮海來說，當初深藏內(nèi)心深厚的清華情緣遠赴美國，只是為了今天的厚重回歸。而這些年來的辛苦求學和科研工作，也都只有一個目標，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依賴。

　　在這個過程中，他的努力也為他帶來了一般人難以企及的成就。數(shù)十年來，曲榮海以高參數(shù)復雜電磁結構裝置與系統(tǒng)為研究對象，進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先水平，在電磁場耦合機電能量轉換理論研究、大型永磁風力發(fā)電機、新型大功率海底永磁電機、高電磁參數(shù)電磁裝置等領域均取得了標志性成果。

　　而他在電機領域的探索亦早已顯露出了非凡的天份。早在2003年，曲榮海剛剛進入美國GE公司全球研發(fā)中心總部，就一鳴驚人地根據(jù)多電磁場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。該技術后來應用在了由美國能源部支持的3.5兆瓦永磁直驅風電機組的研制中，是世界范圍內(nèi)首次將雙側電機技術應用于風電領域。憑借這項發(fā)明，他榮獲了GE全球研發(fā)中心技術成就獎，發(fā)表的相關學術論文獲得2002年IEEE IAS電機委員會頒發(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(shù)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(guī)導體制造的電機，由于超導材料中可以流過很大的電流，建立很強的勵磁磁場，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，這一點對于功率隨風速隨機波動的風力發(fā)電機尤為重要。同時，超導發(fā)電機還具有低振動、低噪聲、電壓波形正弦性好等優(yōu)點。

　　風力發(fā)電機的研發(fā)是提高風電機組技術水平和核心競爭力的關鍵。2003至2010年期間，曲榮?；陔姶沤Y構與機械傳動結構一體化設計原理，成功研發(fā)了多種大型永磁風力發(fā)電機，包括高速、中速和直驅式永磁發(fā)電機，同時發(fā)明了多種電機拓撲結構、磁鋼保護方法、線圈繞制方法等，并應用于實際；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，縮短了機組軸向長度，提高了機組效率，顯著降低了機組的制造、運輸和安裝成本。該技術是目前世界上風力發(fā)電機領域最先進的技術之一，代表著中高速風電機組的重要發(fā)展方向。

　　在航空及海底電機技術研究上，高可靠性對于航空電機、海底電機等至關重要，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，現(xiàn)有的成績并非終點，而只是一種準備，一種為今日所做事業(yè)的必經(jīng)過程。不同的是，過去他是一個人在努力，而現(xiàn)在，他正致力于使更多的人對這個學科更加了解、熱愛，與他并肩而戰(zhàn)。

　　人才建設，引領技術創(chuàng)新潮

　　“電機涉及到方方面面，從發(fā)電，到用電。任何一點電機效率的提高對行業(yè)來講都特別重要。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。”

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

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

　　僅僅兩年的時間，在學院支持和他的個人努力之下，中心的建設已經(jīng)初具規(guī)模。在基礎設施方面，搭建了三個特種電機測試平臺，購置了一系列相關儀器設備，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(yǎng)方面，他正在培養(yǎng)十位碩士、八位博士研究生和一位博士后，同時正在引進海外電機人才，包括一名國家“青年千人計劃”專家、一名湖北省特聘專家等，并積極聯(lián)合院系內(nèi)二十多位教師、十多位教授參與課題研發(fā)；在教學方面，針對學生對電機設計知識的缺乏，計劃開設一門電機設計全英語課程，以推動教學質(zhì)量的全面提高；在學術交流方面，具有長期海外工作經(jīng)歷的他充分利用國際資源，開展了多次交流活動，包括邀請國外著名教授來訪考察、參加頂尖國際會議、受邀至國外高校發(fā)表學術報告等。

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

　　“做最好的新型高效節(jié)能電機，爭取早日實現(xiàn)中國從電機大國向電機強國的跨越！”，這看似口號的一句話卻在曲海榮心中響了二十多年。對當年那個青澀的清華學子來說，這也許只是一個夢想，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

　　問：我國在電機研發(fā)方面，同國際先進技術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說，跟國外的比，我國一個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的價格還相對低，這樣利潤就會降低很多。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。這還只是大眾產(chǎn)品，雖然成本很高但還能做出來，還有很多是做不出來的。比如說中國的高鐵很發(fā)達吧，高鐵里的牽引電機也是國產(chǎn)的，但原始技術卻是進口的。很多的基礎建設和大型設備，我們?yōu)槭裁床荒苓M行原始設計原始創(chuàng)新，一定要從國外引進？特別是一些尖端技術，在國際上技術都是封鎖的，我們又該怎么辦？這個問題困惑了我很多年，也激勵了我很多年。

　　好在現(xiàn)在我們國家已經(jīng)意識到這個問題的嚴重性，前段時間我看到國務院一個文件就是加快改進，提高電機的轉換效率，這方面已經(jīng)很迫切了。

　　問：如果國內(nèi)的所有電機技術能更新，每年能節(jié)約多少能源？

　　曲榮海：如果都能提高一點，哪怕1%，那全國的整體效益非常大。很多人認為，電機就是個器械，我買了用就行，大家沒有在意，也許你的電機多花了15%，多花點錢，不在意。但大家沒意識到電機在中國的工業(yè)里無所不在，涉及面太廣。比如變頻空調(diào)技術，被評為國家級獎，為什么它能評獎呢，就是因為節(jié)能，那么多空調(diào)都提高5%，能節(jié)省多少？規(guī)模效益，但是空調(diào)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題，每年多耗電530億多千瓦時，浪費相當驚人，任何運動的東西沒有不用到電機的，所以這個行業(yè)還有很多事情要做。我現(xiàn)在做的比如牽引電機、風電發(fā)電機、永磁電機和超導電機、伺服電機等，這幾個方向都是比較熱門的，也有很多的工作要做。

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

　　問：在目前的研發(fā)過程中，您最重視的是什么？您現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)化方面開始進行了嗎？有什么想法？

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

　　首先，在滿足功能的情況下，盡量降低重量和成本。比如說，我們設計一個電機，本來一個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米的長度，那運輸成本就漲上去了。對比一下，還不如設計成細一點長一點，運輸成本能降低很多，整體成本也會下降。在中國可能是4.2米，也可能是3.8米，這個結果是不同的。所以我們設計的時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。比如具體到每一個尺寸，做到什么程度，是和生產(chǎn)加工工藝有關的。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)化目前還沒有，因為我希望先做好技術，根據(jù)我國的特點設計出好產(chǎn)品，然后再產(chǎn)業(yè)化。好的東西做出來是不愁市場的。目前來講，需要項目出來了再去產(chǎn)業(yè)化，這樣才比較有意義。我們現(xiàn)在做的東西，不僅僅是一個發(fā)現(xiàn)，而是一個系統(tǒng)工程，這需要一個過程和時間。