永磁調速器應用前景分析

曾令烈，匡俊，馬玉順

（上海市東方海事工程技術有限公司，上海 200011）

永磁調速器應用前景分析

曾令烈，匡俊，馬玉順

（上海市東方海事工程技術有限公司，上海 200011）

永磁調速器具有緩沖啟動、高效節能、隔離振動及安裝簡單等優點，是21世紀出現的新技術。研究介紹了永磁調速器的工作原理及優點，詳細分析了空冷型和液冷型永磁調速器的特性及應用場合等，提出永磁調速器可滿足離心式泵機系統中非精確調速的要求，具有良好的市場前景。

永磁調速器；緩沖啟動；空冷型；液冷型

傳統工業生產中，動力傳動系統中的電機與負載之間通過機械連接傳遞扭矩，這對整個機械傳動系統來說，需要較好的對中性，存在安裝困難、檢修困難、振動大等問題。負載在工頻啟動、運行、停止時，如果無法及時進行有效的調節，就會產生嚴重的機械噪聲、機械沖擊和振動加劇等現象［1］，具有極大的破環性，將會引起各種緊固件的松動、軸承的磨損等問題。電機與負載端一般通過減速機構連接，方便根據負載大小，調節輸出轉速。但是，常規減速機的減速比只是一組固定的值，不能實現無極調速。隨著工業傳動系統負載情況越來越復雜，對調速系統要求也越來越高。

永磁調速技術是近年來在國內快速發展的一項新技術，在國外已經被廣泛推廣應用于工業生產生活中。永磁調速技術可實現“非接觸式”傳遞扭矩，具有高效節能、可靠性高、非接觸式連接、適應各種惡劣環境、緩沖啟動、在對中不準條件下運轉、安裝簡單、維護少等特點，能有效降低振動，實現轉速調節［2］。

1 永磁調速基本原理

永磁調速器基本結構如圖所示，主要包括永磁轉子、導體轉子和氣隙調整機構。永磁轉子中沿著圓周方向放置有若干矩形或扇形永磁體，永磁轉子兩側分別與導體轉子相對。氣隙調整機構可以調節永磁轉子和導體轉子之間的氣隙，從而達到調節輸出轉速的目的。

圖永磁調速器基本結構

安裝過程中，導體轉子與電機連接，永磁轉子與負載端連接，電機帶動導體轉子在永磁轉子產生的磁場中旋轉，導體轉子切割磁力線，在導體轉子上產生感應磁場，感應磁場與永磁場相互作用帶動負載轉動。通過氣隙調整機構，可以調節永磁轉子與導體轉子之間的氣隙，改變感應磁場的大小，當氣隙改變時，所傳遞的扭矩改變，滑差也改變，最終實現改變輸出轉速的目的［3］。

2 永磁調速器分類

不同的傳動系統對電機輸出轉速有不同的要求。永磁調速器工作過程中，由于永磁調速器導體轉子中有感應磁場的產生，導體轉子中會產生渦電流，對于不同功率的電機，在不同的滑差下，導體轉子發熱量也不同。根據散熱方式的不同，可分為空冷型和液冷型永磁調速器。

2.1 空冷型永磁調速器

空冷型永磁調速器采用空氣對流冷卻的方式，使得導體盤渦流發熱產生的熱量散失，為增強散熱能力，通常在導體盤上安裝散熱片。空冷型永磁調速器最大功率為355kw，1500rpm，其調速范圍為30%～98%，其輸入端、輸出端分別連到電機端和負載端，結構非常緊湊，占用空間小，維護簡單，極大地降低了生產成本。

2.2 液冷型永磁調速器

液冷型永磁調速器針對大功率離心式泵機傳動系統特別設計的調速器，其結構簡單且可靠性高，在電機轉速固定的情況下，無級調節負載轉速。液冷型永磁調速器根據冷卻介質的不同，主要分為水冷型永磁調速器和油冷型永磁調速器。

水冷型永磁調速器利用導體轉子的高速旋轉運動，以離心方式引導穩定的冷卻水經過傳動元件，帶走傳動件工作過程中產生的熱量。與空冷型相比，由于水的高比熱容，其散熱效果非常好。采用水作為散熱介質，則必須增加冷卻水循環系統等［4］。但是，在高速旋轉過程中，部分水在離心力的作用下，以極高的速度灑出，可能對傳動組件產生高速切割的作用，對材料強度要求極高。調速器各零部件大多數是金屬材料，部分轉動件的軸承需要用油脂潤滑，故要對潤滑系統和冷卻系統完全隔絕，防止冷卻水對潤滑油脂的稀釋和對零部件腐蝕。

油冷型永磁調速器是利用油作為冷卻介質來冷卻傳動元件。冷卻油管系統簡單，只需要將冷卻油輸送到導體轉子外側的油槽，冷卻油在導體轉子的旋轉作用下，經過傳動元件，從導體轉子內側回油槽甩出。油冷型永磁調速器的潤滑油和冷卻油采用同一種介質，均通過調速器底部的回油箱體回油，結構簡單，無水冷型的腐蝕、汽化及潤滑不良導致的卡死等問題。

3 應用場合

在小功率及中等功率（355kw以內）的離心式泵機傳動系統中，由于滑差的原因，有一定的發熱量，空氣對流的冷卻方式能及時帶走熱量，保證永磁體的溫度滿足不退磁的要求。因此，空冷型永磁調速器適用于小功率及中等功率的離心式泵機系統中。

在大功率（355kw以上）的離心式泵機系統中，由于功率較大，渦流產生的熱量也較大，空氣對流的冷卻方式已無法滿足散熱要求，必須采用液冷型永磁調速器。液冷型采用液體作為冷卻介質，液體的比熱容高，散熱效果明顯優于空冷型。水冷型和油冷型均可以使用，根據實際需要考慮具體選擇。

4 結語

永磁調速器具有結構簡單、適應范圍廣、非接觸式連接等優點，可滿足大量離心式泵機系統中轉速調節的要求，實現節能，同時提高系統的可靠性，減小維護工作量，具有良好的市場前景和推廣價值。

［1］張鋒，楊偉，孔令禹，等.永磁渦流柔性傳動耦合器在米東熱電廠輸煤皮帶機上的應用［J］.科技與創新，2014，(18):16-17.

［2］謝蓉，石巍，許聰，等.永磁調速技術在水泥工業的應用［J］.電氣自動化，2013，(04):85-88.

［3］周麗萍，王向東，黃忠念.永磁調速技術在鍋爐煙氣脫硝中的應用［J］.石油石化節能，2015，(02):27-29.

［4］葉樂志，李德勝，焦兵鋒.水冷式永磁渦流制動裝置的仿真與試驗［J］.機械工程學報，2011，（04）:101-105.

TK243.6

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2015-09-10