——记重庆大学电气工程学院硕士生导师沈启平
　　
本刊记者  李玉琨

      不同于传统电机需要靠电流励磁来产生电机能量转化过程中的磁场，永磁电机在经过充磁后，不再需要外加能量就能够建立永久性的磁场，不仅效率高，而且结构简单，大大减小了体积。如今，永磁电机的应用范围极为广泛，几乎遍布航空、航天、国防、工农业生产以及日常生活等各个领域，而永磁电机及其相关控制系统，也几乎覆盖了整个电机行业。
　　“我的研究方向主要就是高性能永磁电机的设计与研发、永磁电机多物理场的建模分析等。”重庆大学电气工程学院硕士生导师沈启平这样说道。一寸光阴一寸金，沈启平的每一天都可以说是与电机度过的。
　　
投身电机 一往无前

　　2003年，沈启平迎来了人生中重要的一场考试——高考，随后他进入沈阳工业大学从事电气工程及其自动化专业的学习。面对未知的专业，沈启平有苦说不出：“其实我当时最想学的是电力电子方面的专业，但自己所在的专业却是以电机设计和开发见长。”但沈启平并没有对大学生活失望，相反，在以“电机”为重点培养方向的沈阳工业大学电气工程学院，沈启平积极摄取知识，并在本科毕业时以优异的成绩保送研究生。
　　经过大学四年电机学的熏陶，沈启平逐渐对永磁电机产生了兴趣，当时恰逢沈阳工业大学第一年开始允许学生硕博连读。于是，沈启平抓住机遇，从大学四年级开始就师从中国稀土永磁电机的开拓者、中国工程院院士——唐任远教授从事有关永磁电机的设计和开发研究。“可以说，我真正接触科研就是从这时开始的，还记得当时进入实验室的第一件事情就是跟随师兄和老师们一起进行永磁电机相关的实验和数据处理，这些工作为我后来的研究打下了坚实的基础。”读博期间恰逢新能源汽车大力发展，沈启平将其研究方向定位到了新能源车用的高密度永磁电机的研究，并以此在2012年获得了博士学位。博士毕业后，沈启平来到重庆大学电气工程学院开启了新的研究征程。
　　在新的科研环境和团队中，沈启平老师结合团队科研特点，将研究方向锁定在了高速电机。一般来讲高速电机在日常生活中其实并不常见，而它却是军事、汽车、微型化移动电站等领域里的“香饽饽”。“这些领域对电机有一个共同的要求——体积小、功率密度高。”沈启平解释。既然要求体积小，那么高速化就是最为重要的技术手段。常规电机只要达到3000转左右就算是较高转速了，而在高速电机领域还不够一个零头。“我们往往需要维持在5万～8万转这样一个速度，或者更高。”沈启平补充道。
　　因此，提起高速电机，就不得不提它的两个显著特点：其一便是转子的高速旋转，转速可高达每分钟数万转甚至十几万转的惊人速度，其圆周速度可达200m/s以上；其二就是定子绕组电流和铁心中磁通的频率很高，一般会在1000Hz以上。这些数字看似简单，却从一开始就决定了高速电机有着传统电机难以比拟的过“机”之处。
　　未来，这些过“机”之处，也会随着军工和民用对高速发电机和电动机越来越高的需求，更加有用武之地。目前，我国在相关方面的研究尚处于研究的起步阶段，还需在多方面、多角度开展研究，例如在电机结构上除了继续深入研究高速永磁电机，扩大其转速和功率范围外, 还需要研究转子支撑技术，如磁悬浮轴承等；而为了提高系统运行的可靠性，还需要在系统在线监测和故障诊断等方面下功夫；与此同时，高速电机控制技术、多机并网及与其他供电系统并联运行技术的研究也是未来必不可少的研究重点。
　　除了高速电机，沈启平也着手研究电机多物理场的研究。什么是多物理场呢？沈启平告诉记者，如果想要简单来形容电机，其实也就是电源或是一个机械装置，其在机械能和电能之间转化时的发热现象或是产生形变又或是位移等作用关系，都是相辅相成的，而这些都是属于电机多物理场所要研究的方向。“我们正是通过研究这些作用关系，为设计分析更加精确的电机运行状态以及开发更高性能的电机做准备的。”从基础出发，又回归基础，虽然困难重重，但也收获满满。
　　
严谨科研 助力教学

　　“机会一定是留给有准备的人。”这句话是一直支撑沈启平在科研中奋勇向前的动力。“我们做科研，需要时刻保持清醒，知道自己的目标，知道自己下一步要做什么。这样在机会到来时，才不会手足无措。”
　　正是有这样明确的目标和清醒的态度，才使沈启平在高速电机领域研有所成。要知道，高速永磁电机的高效率也不是凭空而来的，在材料选取上需要极其严谨。针对永磁转子，沈启平表示由于稀土永磁材料的高磁能积，永磁转子成为中小功率高速电机的首选结构，然而永磁材料的抗拉强度却很低。所以，在选择高速电机转子时，细长型就成为了首选；但为了保证转子具有足够的刚度和较高的临界转速，转子轴向长度还不可过长。“材料上要特别注意，不仅要选择磁性能良好的，而且还应具有足够高的工作温度和热稳定性。”沈启平补充道。
　　在电机运行过程中，减小损耗和有效的散热成为高速电机定子绕组和铁心设计需要解决的主要问题。那么在定子铁心材料选择上，沈启平解释，特殊软磁合金成本较高，非晶态合金钢片薄而脆，而且在加工中还不易成型，此外，虽然科学家对SMC材料抱有很大希望，但该材料尚处于开发和试用阶段。所以，目前高速电机的定子铁心仍以采用超薄型低损耗冷轧电工钢片为主。
　　“在我跟随唐老师研究永磁电机过程中，他在科研中求真务实与极其严谨的态度，令我印象深刻。”沈启平说道，“这种作风也延续到了我的教学和科研当中。”带领学生做科研的过程中，沈启平教导学生不要只注重结果，还要分析问题深层次的缘由，从根本问题入手。“我对学生还是比较严格的，我相信严师出高徒嘛。”
　　“总之，我希望我的学生毕业后不仅学到专业知识，他们更需要学到分析和处理问题的能力与方法，这是我很注重的也是我一直都在强调的，对于科研一定要有打破砂锅问到底的坚持。”不只要求学生，沈启平自己也是如此。
　　谈及下一步的科研设想，沈启平坦言还是会围绕电机做进一步的研究。“高速电机的关键问题在于轴承，这一点我们在接下来的研究中可能会涉及到；同时还会以永磁电机的基本理论为出发点，逐渐拓展新的研究领域。”
　　千磨万击还坚劲，任尔东西南北风。以此态度做学问，沈启平定能以此为使命，绽放自己在电机学中的力量。