永磁耦合调速技术简介

永磁耦合调速技术的工业化应用一、项目技术概况本项目所推荐的新技术产品——感应式异步永磁耦合调速器，属于国内外技术领先的高效节能型永磁驱动新技术产品，本项目产品通过稀土永磁材料将传统的机械传动技术和电机技术融合，开创性地提出了感应式异步永磁耦合技术原理，并设计出无机械接触、无摩擦、低噪音、高可靠性且具有高效节能特征的动力连接、调速、变速传动结构——感应式异步永磁耦合调速器、新型磁性齿轮变速器和直驱式复合永磁电机，彻底解决了许多工业应用领域大量依赖机械式刚性连接和机械齿轮变速传动的效率低下、摩擦损耗、震动冲击、噪音、污染严重等问题。

系列化生产可广泛应用于钢铁冶金、矿山机械、石油钻踩、化工水泥、火力发电、风力发电、电动汽车、船舰驱动等需要直接驱动、启动隔离和变速、调速的动力传动领域。

其中，感应式异步永磁耦合调速器是一种从交流电动机输出端隔离起动冲击负荷、并随负载自动调节转速的高效节能型传动轴永磁耦合连接调速装置，是取代复杂的变频调速装置理想的动力传递连接装置。

本项目产品符合低炭环保经济特点，具有低噪音、无污染、高效率、高可靠性等特征，广泛推广应用可极大地节省能源，降低CO排放，有利于国家减排目标的实现；本项目产品2是具有完全自主知识产权的创新型产品，其中部分专利属于国内外首次提出，具有原创性创新特点和极高的工业应用价值，产业化实现将使我国处于磁性传动领域的国际领先水平。

本项目产品属于全新类别新技术产品，目前国内少有或根本就没有竞争对手，不存在与竞争对手技术竞争的风险。

随着国家推进环保节能、绿色经济可持续发展战略的深入，在工业应用的许多高端行业里本项目产品比传统技术的产品具有无可比拟的技术经济优势。

二、项目技术方案及产品介绍——感应式异步永磁耦合调速器产品系列1、应用领域及行业现状：a. 永磁耦合调速器的应用市场及领域b. 几种常规的交流电动机节能调速方式图1 永磁耦合调速器的应用领域及行业现状2、工作原理：针对现有交流电机拖动在动力耦合连接上存在着过于简单的连接方式无法缓冲满负载起动冲击及恒功率调速的问题，本技术发明提供了一种可隔离冲击负荷并具有一定随负载自动调速功能的、高效节能、结构简单、安装便捷的传动轴永磁耦合调速装置新结构，可系列化地广泛应用于中小型电机拖动和动力传动领域。

如图1所示，永磁耦合调速器通过内外转．．．．．子的磁场耦合而．．．．．．．缓冲或．．．隔离．．交流．．电动机．．．满负载起动．．．．．的．冲击负荷．．．．，达到节省起动冲击的电能．．．．．．．．．．．损失的效果．．．．．；并通过圆．．．．(．锥．)．内转子鼠笼导条受到的轴向磁拉力．．．．．．．．．．．．．．．F ．2．自动调节圆．．．．．(锥．)内转子的滑．．．．．动行程和气隙．．．．．．δ大小来调节．．．．．永磁耦合器的转差率．．．．．．．．．s ，从而在一定范围随负载变化而自动调节．．．．．．．．．．．．．．．．．耦合器的．．．．输出转速．．．．n 2，使交流电动机处于高效率的．．．．．．．．．．．．运行区间达到运行中节省电能的目的．．．．．．．．．．．．．．．．。

3、产品分类：本系列产品可根据我国Y 系列和Y2系列异步电机进行系列化设计，适用机座号从Y132到Y355等9大类别，本系列产品又可划分为可调速和纯耦合两大类别，可调速的产品涵盖范围为100kW ～1000kW ，纯耦合的产品涵盖功率范围为90kW 以下机座号。

永磁调速器：永磁调速器主要由三个部件组成：永磁转子、导体感应转子、行程调节机构a 工作原理图b 轴向剖面图c 径向剖面图图2 新型永磁耦合调速器结构技术特点：平滑无级调速，调速范围0-98%，实现高效节能，节电率为10-50%简单、可靠，机械结构，无需外接电源柔性启动，减少电机的冲击电流，延长设备使用寿命隔离振动，无机械连接安装简便，容忍较大的对中误差能适应各种恶劣环境，包括电网电压波动大、谐波严重、易燃易爆、潮湿、粉尘等场所延长传动系统各主要部件（轴承，密封等）的使用寿命，降低维护成本绿色环保，无谐波，无污染物、无EMI（电磁波）干扰问题使用寿命长，可达30年投资效益高，投资回收快。

永磁耦合器：永磁耦合器主要结构为：永磁转子、导体转子技术特点：通过转子之间耦合面积的调节，实现不同扭矩传递，降速节能（节能率可达5%~50%）柔性启动，减少电机的冲击电流，延长设备使用寿命隔离振动，无机械连接，延长传动系统各主要部件（轴承，密封等）的使用寿命结构简单，免维护，无易损易耗件，能适应恶劣环境安装简单，容忍较大的安装对中误差体积小，安装简便，改造系统不需动基础使用寿命长，可达30年无外接电源，不产生谐波污染高效扭矩传输，允许冲击性载荷。

三、产品技术优势分析比较：Y/Y2系列的交流异步电动机拖动系统的调速方式分以下几种(见图1.b)，其中永磁耦合调速是从2002年起才从美国兴起的一种新型高效节能的调速方式，表1是几种调速方式的优越性比较。

与交流异步电机传统的机械式连轴器及现有的调速方式相比, 本系列异步永磁耦合调速器具有如下明显的优势：1．可控过程启动对于大型带式输送机，其对驱动系统的要求主要体现在启动、制动过程中能最大限度的降低系统的惯性力，并能实现过载保护和负载平衡，将带式输送机的加速、停车和运行时的胶带张力减到最小。

永磁调速器的性能完全满足这些要求，使大型带式输送机的性能达到最好。

而由传统的电动机、减速器所组成的驱动装置在启动和停车过程当中输送带的带速随着电动机的转速变化而快速变化，加剧了输送机本身的振动，增大了系统的惯性力，特别是在输送带满载情况下启动更为困难，因此传统的驱动系统已经不能满足长距离、大运量的大型带式输送机需求。

一条皮带可以由一台电动机及一套永磁调速器驱动，也可以由多台电动机及多套永磁调速器驱动。

驱动电动机在皮带机启动之前空载启动，此时永磁调速器的输出轴保持不动，当驱动电动机达到满转速时，控制系统逐渐减小每台永磁调速器的气隙，启动皮带机并逐渐加速到满速度。

这使得皮带机在被加速至满速度之前有一个缓慢而均匀的预拉伸过程。

加速时间可以根据需要在规定范围内进行调整。

启动驱动电动机可以按顺序空载启动，所以电动机的冲击电流非常小。

由于驱动电动机可以根据运行负载进行选择而不必根据启动负载选择，所以永磁调速器驱动系统可以选用功率较小的电动机。

同样控制皮带机的停车过程中，永磁调速器也可以通过延长停车时间来降低对胶带的动态冲击力。

当驱动系统中有多台永磁调速器时，控制系统可以确保每台驱动电机分担相同的负载。

合理的功率平衡可以有效地延长整个驱动系统各部件的寿命。

功率平衡是通过控制每台永磁调速器的气隙，并允许一台或几台永磁调速器进行轻微滑差来实现的，系统中的任何负载的增加都引起永磁调速器产生滑差，这样驱动系统的所有部件、轴承和齿轮等都将在冲击或者过载时受到保护从而延长其使用寿命。

大功率电机系统的启动问题一直困扰用户的最大难题，因为电机系统在启动时，基本上可以看作是满载启动，电机在合闸瞬间，启动电流超出额定工作电流的十几倍甚至几十倍，使得变压器、配电设备短期严重过载，造成电压跌落(“黑电”)甚至启动失败，严重时还可能烧毁电机。

电机启动过程短的持续几秒，长的达到几十秒，电机线圈严重发热，造成电机线圈提前老化，缩短电机使用寿命。

2．高可靠性（l）永磁调速器在启动负载之前驱动电机空载启动，电机达到额定的速度之后，通过控制系统使每台永磁调速器气隙逐渐缩小来缓慢、平稳地对输送带进行张紧，输送带平稳地加速到全速；使带式输送机在重载工况下可控制地逐步克服整个系统的惯性而平稳地启动；使输送带的启动非常平滑，速度由零逐渐缓慢上升，加速度为连续的，实现了无冲击的软启动。

（2）永磁调速器不仅降低了电动机的启动电流，减小了电动机的热冲击负荷及对电网的影响，从而节约电能并延长电动机的工作寿命，而且极为有效地减小了启动时传动系统对输送胶带的破坏性张力，消除了输送机启动时产生的振荡，还能大幅度减轻传动系统本身所受到的启动冲击，延长胶带、托辊等关键部件的使用寿命，保证了设备的安全可靠运行，有效地降低了设备维修及故障时间成本。

（3）使用永磁调速器时，因电机的选择是基于运动条件而不是启动条件，因而可使电机的功率及尺寸减小到最小，也能够减少不必要的设备投资和运行电费。

（4）使用永磁调速器系统，可防止输入到带式输送机的功率及力矩超过安全限度，以保证带式输送机过载时不能运行，从而保护该系统的其他部件；（5）永磁调速器启动系数为1左右，所选择胶带的强度可降低30％左右。

3. 恶劣环境的适应性（1）室外恶劣环境永磁调速器的主要元件为铜盘和永磁盘，永磁材料能在恶劣的环境温度下保持强磁场特性，在地球上的极限环境温度不会超过±100℃，永磁调速器可以在这种环境温度下工作。

而一些电子装备，如变频器，为了降低设备故障率，必须保证温度和湿度恒定在某个范围，因而需要使用专门的房间，防静电、安装精密空调等，增加了安装成本，增加了电能消耗，增加了维护需求和成本。

（2）肮脏的环境永磁调速器是无直接机械连接的调速装置，最小气隙为3mm，一般能在空气中飞扬的尘粒直径不会大于该尺寸，所以，它可以用于空气中粉尘较高的环境，如水泥厂、矿山等；当粉尘厚度导致机械摩擦时，可用高压水枪冲洗。

而电子或电气式的调速装置必须在洁净环境工作，因此对机房环境防尘要求很高。

（3）易燃易爆环境永磁调速器是机械式的、无摩擦传递扭矩的调速装置，除执行机构使用较弱电力需要采用防爆结构外，主功率部分绝不会产生火花或静电，因而在易燃易爆环境下使用较为安全。

适合于煤矿、油田、油船、军械库、化工、矿井、高浓度粉尘工厂等使用的皮带机、破碎机、水泵、风机、鼓风机、油泵等设备。

电子或电气式设备，工作过程中易产生静电，火花甚至燃烧，不能在易燃易爆环境下使用，否则带来安全隐患。

（4）高可靠要求环境因为永磁调速器元件数量少，可靠性高，因而可用于对可靠性要求高的环境，如消防、远洋轮船、海军舰船、潜艇等。

复杂的电子或电气装置不适宜于对可靠性要求高的使用环境。

美国海军在油轮、潜艇和航母上使用永磁耦合器。

4．不产生电力谐波及电磁干扰通常通过电子或电气实现调速的装置，基本都要通过改变电机输入的电流频率或波形来实现，如大功率或高压变频器一般采取可控硅整流输入，通过PWM直流斩波实现输出频率变换，因此有很大的谐波电流，见下图。

电力谐波是电力网的严重污染，按照国家电力质量标准，用电设备对电网造成的总谐波电压不得超过5%，谐波电流对每次都有严格的限值，等效为总谐波电流也在5%~8%左右，如果超过标准规定，将需要加装高成本的有源谐波滤波器，否则将会受到电力部门的处罚，从而大幅增加安装总成本。