作為一項跨多學科專業(yè)的技術，磁懸浮在暖通領域的應用是近年來高效節(jié)能技術發(fā)展的里程碑之一。從技術引進到100%全自研，美的在磁懸浮技術上走過了怎樣的路?從熱銷的磁懸浮離心式冷水機組擴展到低溫制冷、中溫制冷、中高溫熱泵，進而構建起從暖通整機到通用壓縮機的磁懸浮全棧技術體系，能夠廣泛適配多元場景，為各類建筑提供更高效、更節(jié)能、更可靠的系統(tǒng)解決方案。美的是如何實現(xiàn)并對此給予了怎樣期待?為此我們采訪了美的樓宇科技水機產品公司離心機研發(fā)經(jīng)理李鎮(zhèn)杉和美的樓宇科技水機產品銷售總監(jiān)秦艷平。
戰(zhàn)略選擇：前瞻性布局磁懸浮技術賽道
磁懸浮技術的核心在于通過磁懸浮軸承技術取代傳統(tǒng)機械軸承，用于解決高轉速設備的摩擦與磨損問題。磁懸浮這個技術最早應用在暖通領域可追溯到20世紀90年代，當時歐美企業(yè)開始嘗試將該技術應用在離心式壓縮機上，但因控制系統(tǒng)復雜，成本高昂等原因，初期僅停留在實驗室階段。直到2003年，美國一公司才正式推出全球首臺商用磁懸浮離心壓縮機。
2006年，外資品牌丹佛斯磁懸浮離心壓縮機開始進入中國。然而，在最初的幾年里，它并沒在行業(yè)里得到廣泛的應用。對此，李鎮(zhèn)杉解釋稱，這是因為當時的市場驅動力不夠，市場對節(jié)能產品的追求意愿并不強，而且它的價格比傳統(tǒng)水機要貴兩到三倍，同時早期的磁懸浮技術也不夠成熟，產品的可靠性并不高，有問題還得送到國外維修。
在行業(yè)其他廠家還在做傳統(tǒng)水機的時候，美的敏銳地捕捉到技術發(fā)展方向，2011年就前瞻性地啟動了磁懸浮技術的研究工作。“美的最早的離心機是定頻的，因為它的轉速不能調整，不能自適應地去匹配不同的工況，所以它的能耗比較高。”李鎮(zhèn)杉回憶稱，“我們定下的第一個戰(zhàn)略是‘變頻’，比較成功，也起到了一個‘彎道超車’的效果。”在這個背景下，美的就提出了無油化和小型化的目標。“當時有幾個備選技術，其中磁懸浮技術是門檻最高、生命力最強、技術特點最突出的。”他說，“磁懸浮技術能同時支撐兩個目標的實現(xiàn)，因此開始組建團隊去研究磁懸浮機組。”
萬事開頭難，美的先從外資品牌那里購買壓縮機，然后自己做整機的開發(fā)和技術儲備。在這種模式下，雖說已經(jīng)逐漸打開了市場，但整機的價格居高不下，同時，由于核心技術不掌握在自己手上，導致美的在市場競爭中不具備商務上的優(yōu)勢。
彼時，美的想要打破技術封鎖，率先在原有的基礎上提出了“半自制”壓縮機的目標。所謂的半自制，就是壓縮機里面有一些部件要有自主知識產權，有些短期無法掌握的技術則采取繼續(xù)采購的模式。在這種模式下，美的也積累沉淀了磁懸浮整機設計實踐經(jīng)驗，包括機組控制、運行調試、維護等在內的整個鏈路上的技術儲備，為后續(xù)攻堅全自研打下堅實的基礎。
2015年前后，美的半自制的離心機開始推向市場，產品競爭力已經(jīng)得到了加強。同年GB19577-2015《冷水機組能效限定值及能效等級》正式發(fā)布，確定了由冷水機組性能系數(shù)(COP)以及綜合部分負荷性能系數(shù)(IPLV)兩個指標共同來評定冷水機組能效等級。李鎮(zhèn)杉說:“從政策層面來講，能效提升的要求更明確了，在這個背景下，磁懸浮的優(yōu)勢就十分突出。”
打破壟斷：全自研磁懸浮壓縮機問世
技術的發(fā)展走向與之前的判斷相吻合，這也讓美的更加堅定地繼續(xù)做磁懸浮技術的研究。而這一次，美的提出的目標是全自研。
為做好技術研發(fā)，美的組建了一個數(shù)量超過100人、且碩博比例超過70%的項目團隊。同時，美的為了支持磁懸浮技術的自主研發(fā)，每年專項投入1-2億的科研經(jīng)費。李鎮(zhèn)杉分享表示，“當時雖然是對整個磁懸浮技術有一定的了解，但因為這個技術門檻實在是太高了，要實現(xiàn)全自研，難度很大。”他表示，磁懸浮技術涉及到電磁學、靜力學、控制學等十幾個學科，它是一個多學科超級耦合的技術，“所以碰到的一個比較明顯的課題就是怎么把所有的技術集成起來進行設計，而不是各個擊破但最后不能協(xié)同。”
項目組花了幾年的時間，才把一個跨學科的仿真平臺搭建起來。“也就是有了這個仿真平臺后，磁懸浮技術才有了正向設計的工具，才能出原型機。”李鎮(zhèn)杉說。
成功突破硬件后，項目組的重點攻關方向調整為控制系統(tǒng)。“我們參考了一些書籍和國內外的文獻，然后搭建了一個控制系統(tǒng)，當時對這個系統(tǒng)還是很有信心的。”李鎮(zhèn)杉回憶說，將兩者結合起來后，轉子的靜態(tài)懸浮很容易就達成了，而且間隙大小還比較理想，“當時一度很自信地認為這個事情是不是沒有大家說的那么難，怎么一下子就取得比較理想的結果。”
然而，項目組成員還沒來得及高興，他們用手輕輕觸碰懸浮起的轉子就跌落了。“這對我們是一個打擊，當時已經(jīng)參考了很多國內外的先進的做法去做，但效果不盡如人意。”李鎮(zhèn)杉表示，花了四個月左右的時間反復去調試，改出第二版的控制系統(tǒng)后，輕觸轉子不會跌落了，但稍微用點力還是掉。項目組一次又一次推翻方案，不斷否定自己，被逼著去繼續(xù)尋找原因和解決技術方案，調整軟件的架構和邏輯程序參數(shù)等等，單單保持穩(wěn)定懸浮這個事情，他們就花了一年的時間。
事實上，靜態(tài)懸浮的考驗還只是“開胃菜”，畢竟壓縮機還沒有轉起來，對整個磁軸承的控制的考驗還沒來。后來，通過團隊的努力，以及集團和事業(yè)部的堅定投入，項目組慢慢地把磁懸浮所涉及到的各項技術全研究明白。
終于，2019年，美的全自主開發(fā)出司南系列磁懸浮變頻離心式冷水機組，打破了磁懸浮壓縮機核心技術長期被外資壟斷的歷史，實現(xiàn)整機的完全自主研發(fā)。對比上一代使用外資技術的磁懸浮變頻離心機組，整機COP提升4%，IPLV提升7%，噪音更低，運行更高效，更穩(wěn)定。不僅產品性能超國家一級能效指標，在成本方面也有顯著優(yōu)勢。
同年，美的自主研發(fā)的磁懸浮變頻離心機司南系列憑借著高效節(jié)能的核心技術成功中標合肥市軌道交通五號線工程機電系統(tǒng)空調系統(tǒng)設備采購項目，作為當時國內最大的磁懸浮離心機組項目，意味著美的自主研發(fā)的磁懸浮變頻離心機司南系列邁向了新的高度。
技術突破：高精度磁懸浮控制技術，超強抗喘振能力
在“科技領先”戰(zhàn)略的牽引下，美的不斷突破自我，啟動“全新一代磁懸浮”技術的研究和落地。這一次，項目組對標美系品牌中最強的型號，并提出要在保持超一級能效的情況下優(yōu)化成本超30%的目標，難度之大不言而喻。
有了此前的技術積累，美的想要去挑戰(zhàn)行業(yè)痛點，用行動踐行“把復雜留給美的，讓用戶更簡單”。針對不良的機房環(huán)境，高濕、粉塵、高溫極易造成機組IGBT故障甚至炸機等問題，美的采用機電控一體化設計，防水、防火、防腐、防塵性能達IP67高防護等級，最大化程度保護機組內元器件穩(wěn)定運行。李鎮(zhèn)杉提到，到目前為止，行業(yè)內大部分產品的防護等級都是IP54，僅有美的能做到IP67。
此外，“喘振”是全世界范圍內的一個通用挑戰(zhàn)，由于磁懸浮的軸承比較輕，周期性的喘振會有導致軸承跌落的風險。美的自研5自由度位置控制技術和智能防喘振技術，系統(tǒng)實時對磁軸承進行2萬次/s的位置檢測，確保磁軸承懸浮精度達到0.5μm，同時磁軸承能具有500次以上的連續(xù)抗喘振能力。即便在斷電等極端情況下，機組也可通過自發(fā)電模式和長壽命備降軸承，確保設備在極端工況下磁軸承安全降落。“我們基本上達到了傳統(tǒng)機械軸承的抗沖擊能力，在全世界范圍內，只有美的能做到這樣的效果，這個也拿了國際領先的技術鑒定。”
正是基于對產品自身品質的自信，美的也開創(chuàng)了磁懸浮壓縮機“十年免費保修”的先河。
如今，美的也緊緊跟著人工智能技術的風口。在李鎮(zhèn)杉看來，人工智能會顛覆每一個行業(yè)，要早點去擁抱它，現(xiàn)在已經(jīng)把人工智能技術帶到產品上了。
在設計端，美的通過構建AI仿真平臺，建立巨量仿真模型庫。在方案優(yōu)化的時候，它會發(fā)揮非常重要的作用，能協(xié)助工程師在眾多組合中找到一個最優(yōu)的技術路線或者方案。在運營端，美的開發(fā)了一個“水機Doctor”的健康管理系統(tǒng)，加入人工智能的算法后，能夠通過大數(shù)據(jù)的自學習，自動輸出一些體檢報告以及節(jié)能策略等等。
產品延伸：全棧應用創(chuàng)造新產業(yè)增量
作為磁懸浮領域的“新玩家”，美的的入局，引起了行業(yè)的關注，相關的產品也得到市場追捧。數(shù)據(jù)顯示，2024年，美的離心機突破2300臺，其中磁懸浮離心機占比超過30%，同比增長66%。秦艷平表示，過去三年，磁懸浮離心機的增速非常快，復合增長率超過30%，目前25年上半年訂單的情況也非常好，磁懸浮的接單量同比增長了70%以上，這都是技術積累和突破帶來的結果。
今年中國制冷展，美的首次對外展出磁懸浮平臺全棧家族陣列，包括磁懸浮離心式冷水機組磁懸浮冰蓄冷雙工況機組、磁懸浮水蒸氣壓縮機、磁懸浮空氣壓縮機等產品矩陣，引起行業(yè)的廣泛關注。
李鎮(zhèn)杉表示，磁懸浮作為一種通用技術，它能應用在有旋轉的機械上，水機是其中的主航道，“當我們把這個技術研究透之后，就嘗試去別的產業(yè)拓展它的應用場景和范圍，產生更大的價值。”
在縱向延展上，磁懸浮技術更多還是應用在空調領域，不管低溫制冷、中溫制冷還是中高溫熱泵，它的底層邏輯都是空調類型的機組。“傳統(tǒng)的這些產品都是用有油的軸承，在低溫下它會凝固，高溫下它會碳化。”李鎮(zhèn)杉說，“磁懸浮的好處就是打破了很多傳統(tǒng)機械結構的限制，就可以在同一個大類里面向更高溫和更低溫兩個邊界擴展。”
在橫向延展上，更多是往通用機械去，例如空氣壓縮機等。相比傳統(tǒng)的空壓機，ACMD磁懸浮空壓機系列可節(jié)能20%，無機械傳動部件，全生命周期持續(xù)節(jié)能。
無論是縱向延展還是橫向延展，磁懸浮技術都能發(fā)揮無油、節(jié)能、可靠等優(yōu)勢，增強產品的競爭力。
秦艷平介紹，在存量市場成為主要競爭領域的環(huán)境下，體積小、性能高等特點的模塊化機電控一體式磁懸浮冷機在節(jié)能改造市場上，具有很強適配性和競爭力。在高能耗的工業(yè)領域，美的磁懸浮水蒸氣壓縮機走向市場已有應用，結合高溫熱泵解決方案，替代鍋爐會成為趨勢和方向，也將是企業(yè)節(jié)能的重要手段之一?？諌簷C的降耗是工業(yè)節(jié)能減排的另一個重要關注點，相比傳統(tǒng)的空壓機，磁懸浮空壓機系列其無油的優(yōu)勢在食品、醫(yī)藥、發(fā)酵等行業(yè)是剛需，磁懸浮空壓機的發(fā)展和應用也必將對空壓機節(jié)能降耗形成助力和推動。
“未來，高溫熱泵以及空壓機是除了制冷機外的重要領域之一，美的也會在以上相關品類里面做更多的投入，更好的豐富產品和應用方案，為“雙碳”目標的達成貢獻出更多的力量”他說。
從2011年率先錨定磁懸浮離心機技術研發(fā)，到2016年決定挑戰(zhàn)磁懸浮軸承和行業(yè)壓縮機技術珠峰(小型化和無油化))，到如今已形成磁懸浮平臺全棧產品矩陣，美的在磁懸浮領域也完成從模仿到跟隨再到領先的角色蛻變。“現(xiàn)在有這樣的成果，我也覺得挺自豪和驕傲的，背后是企業(yè)長期持續(xù)的支撐，以及團隊鍥而不舍換來的。”
“在漫長的新周期，成績是暫時的，挑戰(zhàn)和風險才是常態(tài)。”在2025年經(jīng)營年會上，美的集團董事長方洪波明確指出，要鼓勵創(chuàng)新，不害怕失敗，尋找產品力、創(chuàng)新力、用戶思維等痼疾的破解之道。
未來，隨著碳中和進程加速，憑借技術積累與生態(tài)整合能力，美的有望進一步鞏固全球磁懸浮暖通市場的領先地位。
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