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