华中科技大学电气学院Hi-Motor团队：攀登国产永磁电机设计工业软件的“高山”

2024年前三季度，我国新能源汽车“出海”已接近100万辆，同比增长12.5%。行驶性能优越、智能化程度超高的中国新能源汽车，成为海外许多国家消费者眼中的“尖货”。新能源汽车的电机性能如何，更是评判一辆新能源汽车“好坏”与否的重要指标。长期以来，我国电机设计长期依赖国外商业软件，授权费用高昂的同时，面临着研发数据泄露等风险，严重影响了我国相关产业的安全和可持续发展。电机设计软件对中国新能源汽车行业、电机行业意义重大。

在10月中旬结束的中国国际大学生创新大赛（2024）总决赛上，华中科技大学电气学院Hi-Motor团队正是凭借着自主研发的永磁电机设计工业软件，为新能源汽车、航空电气化等高端制造业提供的一站式电机设计服务，赢得了评委的一致高度评价，荣获大赛金奖。

Hi-Motor团队主要由来自电气学院电气工程及其自动化专业的本科生组成。3年前，在学院创新电机技术研究中心的支持下，这群刚刚走进大学校门的孩子就怀揣着一个“为电机设计软件国产化出一份力”的心愿，开始埋头奋斗。

然而，永磁电机设计存在诸多难题。传统模型性能提升难，高速旋转时转子可靠性不足；瞬态场仿真求解计算难，导致电机研发周期长，更新迭代缓慢；多维目标协同优化难，如，稀土材料成本和性能难以兼顾……这些都需要在设计环节去解决。

面对业界难题，这群稚气未消的孩子能做些什么？

初一开始学编程，上大学以前就已经捣鼓过不少小程序的团队成员、电气学院2021级本科生李俊昊主动请缨创建团队时，信心满满，“听老师说要开发一款电机设计软件，我就想着能写一个‘大家伙’，好学有所用。”

可现实是，自认为的“编程少年”真的只会编程，对电机知识的匮乏，让他们在项目的一开头就几近“搁浅”。

团队成员、电气学院2021级本科生冯思媛回忆，刚上手时自己既不具备电机学知识，也没有使用大型仿真软件的经验，“简直两眼一抹黑”。以至于用了好几个星期，也没有跑通电机仿真的整个流程，难免感到挫败。

团队指导老师王亚玮对此却并不担心。万事开头难，他相信，只要帮助学生夯实学科基础，给予适当的引导，学生一定能走出最初的困境。

团队的信心既来源于这群朝气蓬勃、积极好学的年轻人自身，更是建立在电气学院雄厚的学科基础，与坚持“科学与工程教育范式融合创新”理念、全力打造电气专业拔尖创新人才培养新模式的创新实践中。

电气学院专业必修课《电机学》作为国家级一流本科课程，为学生打下了坚实的理论基础；电能高密度转换全国重点实验室、强电磁技术全国重点实验室，面向有兴趣、有能力的学生开放，提供了高水平的实践平台；更是有院士、国家级人才直接参与学生课堂、实践的指导，让学子站在“巨人的肩膀上”，向着学科、行业最前沿登高望远……

在电气学院程时杰院士、曲荣海教授、李大伟教授等专业老师与管理学院丁秀好教授、启明学院黄刚副院长、经济学院卫平教授等创新创业老师的悉心指导下，团队成员组织了近百次团队会议，编写了十余万行代码，改正了一个个意想不到的Bug，撰写了一版版项目计划书……

沉淀又沉淀，直到进步与突破——Hi-Motor团队充分地将所学理论知识与实际应用相结合，通过实践不断提升解决实际问题的方法和技巧。

团队成员、2021级本科生何廷科负责软件程序方面的内容。从看论文到向老师请教，从Matlab仿真到编写Python代码……一步一个脚印，3年里，他对电机设计优化的认识不断加深。

三年磨一剑，Hi-Motor团队终于打造出完全自主的全流程、一站式永磁电机设计工业软件。

创新建模方式，应用镜像对称结构谐波相消降低转矩脉动，应用样条曲线设计磁障尾部优化应力分布，通过增加设计自由度，打破了电机性能的天花板；用时步有限元替代传统的瞬态场仿真，单时步3秒出结果完成性能的快速估算，多时步在保证精度的同时大幅提升计算速度，完成性能的精确校核；应用分层优化策略，确定每个参数对性能目标的敏感度，分层求取最优解，让结果能够兼顾多维目标，进一步推进前沿解集，提升优化效果……

依托自研软件，团队成员在指导老师们的帮助下深耕科研，探索高效电机的奥秘。去年秋天，团队成员、2021级本科生包铭阳在国际电机学术会议上荣获最佳论文奖，成为全场唯一获奖的本科生。今年，包铭阳也成功获批华中科技大学本科生自然科学创新基金项目。开发出一款能用的软件并不是攀登的终点，用前沿技术助力电机产业革新才是团队要持之以恒去做的事情。

团队的科研成果也在实际生产中得到应用与实践验证。东风岚图汽车、中国航发动控所、雷勃电气……都是团队的合作伙伴。“电机设计软件国产化”梦想的萌芽，在大家的共同努力下已然结出丰硕的成果。

在追梦的过程中，团队成员逐步奠定了坚实的理论基础，形成了擅于发现问题、解决问题的思维习惯，聚焦学科前沿、积极服务国家重大需求的战略眼光……

在团队项目落地生根的同时，也开出了绚烂的拔尖创新人才培养之花。电气学院依托体系化的创新培养、常态化的科创指导、制度化的政策支持，在学院党委书记张明、院长胡家兵以及老师们的共同努力下，打通了学生创新能力培养链路。未来，面对电机设计领域中更多的“高山”，Hi-Motor团队秉承着“厚积薄发、担当致远”的院训精神，正跃跃欲试，信心十足。

本文来源：华中科技大学；作者：汪泉

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