5月24日—31日是第二十五个全国科技活动周,2025年5月30日是第九个全国科技工作者日。在襄阳,有一大批优秀科技工作者,在各自平凡的工作岗位上,践行着爱国、创新、求实、协同、育人的新时代科学家精神,为襄阳经济社会发展和科技创新作出了积极贡献。汉水襄阳将持续推出其中的代表,展现科技工作者们报国为民的风采。今天推出第六篇《李伟业:中车专家引领轨道列车高效能动力革命》。
李伟业,襄阳中车电机技术有限公司副总经理、总工程师。长期从事轨道列车永磁电机基础技术研究及推广应用工作,带领 100余人团队,运用多学科交叉理念,创新提出电—磁—力—热—声多物理场耦合理论模型和材料尽限设计方法,先后主持省部级科研项目 3项,累计经费 1830万元,核心参与 5项国家项目,授权发明专利 23 项,发表论文 33 篇。获湖北省科学技术进步一等奖、中国机械工程学会科技进步二等奖、湖北省科学技术进步二等奖、中国中车科学技术二等奖,以及中国电工技术学会科技进步二等奖。入选湖北省“青年拔尖人才”计划, 享受湖北省政府特殊津贴,牵头组建“轨道交通永磁牵引电机湖北省工程研究中心”,带领团队获评“湖北省创新团队”。研究成果应用于全球首列 350km/h 商业运营永磁高速列车、CR450 高速列车以及北京、深圳等全国 20 余城市的地铁项目。
解决轨道列车“跑得快”技术难题
“更高速度”是轨道列车发展的不懈追求,列车速度的提升受限于牵引电机功率密度。永磁电机转子具有强磁性,须采用全封闭结构,导致电机散热效率低、功率密度提升困难,国际上仅法国阿尔斯通实现了320km/h永磁高铁运行。为此,李伟业提出了融合结构应力、变形量和安全系数的多指标结构强度优化设计方法,发明了一种多通道、内外双循环复合冷却结构,攻克了全封闭条件下永磁材料高温失磁世界性技术难题。成功研制我国首款高速列车永磁电机,功率密度达 1.1kW/kg,相比法国阿尔斯通 AGV 永磁电机提升 10%,实现永磁高速列车 350km/h 世界最高商业运营速度,核心技术成果助力时速400 公里 CR450 高速列车研制成功。由桂卫华院士领衔的专家团队评价“轨道列车永磁同步电机高功率密度设计技术达到国际领先水平”。
攻克轨道列车运行“能耗高”技术难题
在轨道列车中牵引电机是“耗能大户”,提升牵引电机运行效率对降低轨道列车能耗、实现节能减排具有重要意义。轨道列车牵引电机由低开关频率逆变器供电,谐波丰富,且载荷复杂多变,导致电机谐波损耗大、效率提升困难。为此,李伟业构建了低开关频率供电、时空谐波交叉耦合作用下的谐波损耗精确计算模型,发明了具有谐波损耗抑制能力的磁路拓扑结构,提出了基于线路工况的全局损耗均衡匹配方法,有效提升了电机运行效率。研发的高速列车永磁电机额定效率 ≥97.9%,高于国外先进水平 97.0%,综合运行能耗下降 10%;研发的地铁列车永磁电机额定效率 97.4%,高于国外先进水平 96.5%,实现地铁列车综合运行能耗下降 33.11%,单列车年节电超 300 万度,在北京、深圳等全国 28 个地铁项目批量应用,节能效果显著。
突破轨道列车运行“噪声大”难题
牵引电机噪声是轨道列车噪声的主要来源之一,电机降噪对于降低整车噪声、提升乘客舒适度具有重要作用。轨道列车永磁牵引电机电磁负荷高、运行速度高,在全转速范围内实现低噪声运行是学术界公认的世界性难题。李伟业建立了电磁力波与结构模态耦合作用下的电磁噪声抑制方法,发明了基于 BPF(bladepassingfrequency)错峰机理的非等距分布、锯齿状风扇叶片结构,有效降低了电磁噪声和气动噪声,实现高速列车永磁电机全域噪声≤107dB(A),地铁列车永磁电机全域噪声为 ≤106dB(A),远低于噪声限值 115dB(A)。由丁荣军院士领衔的专家团队评价“永磁牵引电机降噪技术居国际领先”。
通讯员:孙羽薇、王诣、吕诗韵
编辑:王晓│校对:李燕飞
审核:蔡彦燕
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