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一种全新永磁传动技术

2014-5-8 10:13| 发布者: 巨车网| 查看: 745| 评论: 0|原作者: 刘廷安|来自: 矿业装备网站

摘要:   美国MagnaDrive公司研发的全新永磁传动技术在不到10年的时间里传遍全球,该技术2008年进入中国市场,到现在为止有10多家大型公司应用了这项技术。为了尽快推动这项技术在中国扩大应用,现将这种传动技术的发展历 ...
  美国MagnaDrive公司研发的全新永磁传动技术在不到10年的时间里传遍全球,该技术2008年进入中国市场,到现在为止有10多家大型公司应用了这项技术。为了尽快推动这项技术在中国扩大应用,现将这种传动技术的发展历程与产品简介、工作原理、分类特点以及适用场合和市场现状等做了较详细的说明,供参考。

  一、发展历程

  1999年美国波音商务飞机制造公司前董事长罗恩•伍德先生发起在华盛顿州贝尔维尤市成立了MagnaDrive公司。这家公司开发出的传动技术利用高功率钕铁硼永磁产生感应电动势,用来传递转矩。系统中把电动机和负载两个部件从物理上分开:把磁盘放在负载轴上,把导体盘放在电动机轴上。将电动机转矩通过一个空气隙传递给负载。MagnaDrive共有两大类产品:永磁调速传动装置(ASD)和耦合器。前者改变磁盘和导体盘之间的空气间隙,从而改变磁场强度,这样能控制输出速度。后者作为恒转矩应用的耦合器。正因为这项新技术具有独特的优点,2002年获得了美国能源部的资金支持。同年美国造纸厂将这项技术成功地应用在纸浆泵上。也是在这一年耦合器产品应用于汉诺威新型空压机上。2004年通过了美国海军最严格的9-G振动试验,次年就获得了美国海军的订单。2006年被美国德勤公司评为北美进步最快的技术公司500强,同年该公司产品用于杜克能源核能项目上。2008年进入中国和南非市场。2010年中国鞍山钦元节能设备制造有限公司注资成为该公司的最大股东。2011年在中国建立了生产基地。2012年北京公司成立。

  二、工作原理

  安装在电动机轴上的导体盘随电动机旋转,它切割永磁盘产生的磁力线,在导体盘中产生感应电动势,从而产生涡流,此涡流也会在导体盘周围产生感应磁场,按照楞次定律,这个磁场是阻碍引起感应电流(涡流)的磁通量变化的。磁盘永磁产生恒定磁通,它在导体盘的磁通量也是恒定的,正因导体盘旋转才使磁通变化,不让它变化,只有使磁盘与导体盘一起同步旋转,这样就通过空气间隙使磁盘也就是负载和电动机轴一起旋转了。电动机与负载无需任何物理连接就通过空气间隙把转矩传递给了负载。

  为什么调节空气间隙能调速呢?众所周知,电磁转矩大小与磁通成正比。磁通与空气间隙成反比,调节空气间隙,能调节磁通,也能调节电磁转矩,这样就可以调速了。

  这是一种通过空气间隙调速的独特方法,能适用各种恶劣作业环境,抗干扰能力强,能满足各种负载要求,特别是节电等优点是现有的任何调速装置所不具备的。

  除此而外,该公司还利用磁性传动原理生产磁性耦合器。它是以恒速度应用,利用空气间隙把电动机与负载隔离开。这样就消除了振动传递,防止设备损坏与停机以及不需要在安装时用激光对中。实际使用中不需要维护,每年只在设备作业中进行一次检查就行。

  三、MagnaDrive产品分类

  MagnaDrive公司的永磁产品分为两大类:永磁调速传动装置(ASD)和永磁耦合器。而永磁耦合器又分为四种类型:经济型永磁耦合器(MGE),标准型永磁耦合器(FGC),延迟型永磁耦合器(MGD)和限矩型永磁耦合器(MGTL)。

  永磁调速传动装置(ASD)

  这种传动装置由三部分组成:一是与负载连接的永磁体,二是与电动机连接的导体,(这两个转动体之间有空气间隙),三是带有控制装置的执行器,(控制方式有两种:手动控制和信号电控)。其自动化控制流程图如图1所示。通过执行器调节两个转动体之间的空气间隙大小,调节输出转矩,实现负载输出速度控制。

 

  这种装置是通过转矩实现速度控制的,电动机传给永磁调速传动装置上的转矩和永磁调速传动装置传到负载上的转矩是相等的。这样就可以根据负载实际运行的转矩大小来调整电动机输出转矩。负载要求转矩小,电动机输出转矩就小,相应输出功率也小。当ASD接到一个控制信号如压力、流量、液面高度等信号后,传给执行器的控制装置,经过对信号识别与转换,产生一个操作指令,执行器调节导体盘和永磁盘之间的空气间隙,从而按照负载要求,实时自动地调节ASD输出的转矩,最终使电动机的输出功率刚好满足负载要求。实现了电动机节能和提高电动机工作效率。ASD适用于需要对负载进行过程控制,替代变频器进行节能改造以及不用控制电动机直接对负载进行控制的场合。
 
  永磁耦合器

  1.经济型永磁耦合器(MGE)

  如图2所示,这种耦合器是由两个独立的没有任何接触的转子组成的,这两个转子之间有一定的空气间隙。其中一个有铜圈的钢制转动体与电动机输出端连接(称为导体),另一个具有永磁材料的铝制转动体与负载输入端连接(称为永磁体)。电动机转动时,导体通过切割永磁体的磁力线产生感应力,实现电动机与负载之间的转矩传递。

 

  2.标准型永磁耦合器(FGC)

  如图3所示,这种耦合器其结构与经济型永磁耦合器基本相同,但是这种类型的耦合器还可以在一定范围内,通过调整两个转子之间的空气间隙的距离,达到传递不同转矩和速度要求。

 

  3.延迟性永磁耦合器(MGD)

  如图4所示,两片相互连接的磁体与导体之间,在初始位置时二者之间具有较大的空气隙。电动机起动后,与电动机连接的导体很快达到电动机的额定转速,这样导体与永磁体之间有相对的速度差。速度差产生的磁感应力,拉动二者之间的空气间隙逐渐变小,传递的转矩增大,与负载连接的永磁体转动速度逐渐加快,最后达到一额定速度运行的标准空气间隙尺寸时,实现定速转动。

 

  这种工作性质,实际上延迟了过载转矩与电动机之间的传递,所以称它为延迟型永磁耦合器。适用于对软启动要求高和负载周期性变化的场合。

  4.限矩型永磁耦合器(MGTL)

  如图5所示,这种耦合器和延迟型永磁耦合器相近,也可以通过两片相互连接的永磁体与导体之间的空气间隙的大小调节传递的转矩,当负载超过某个限定值的时候,空气间隙就被拉大,减小了电动机与负载之间的传递转矩,电动机得到了完全保护。适用于具有较高起动惯性转矩的负载、脉冲负载、周期性振动负载和需要限定负载最大转矩保护电动机的场合。

 
 
  四、永磁传动装置的特点
 
  高效节能

  以两种应用方式说明节电效果:一是风机,二是胶带运输机。在风机应用中,利用永磁调速传动装置(ASD)可以通过调节空气间隙来调节转速,从而实现风机的流量或压力的连续控制,取代原系统中用阀门控制流量或压力。从图6可以看出,当以80%的流量比作业时,通过阀门控制的功率约为额定功率的97%,而使用ASD调节时仅为额定功率的68%,若二者额定功率相同时,其差值为29%,也就是说用ASD比用阀门控制节电29%。在长胶带运输机的应用中,胶带是弹性体,加载时有极大惯性。起动时作用越快,胶带储存的能量就越大,释放这些能量会对电动机、机械传动以及机架、胶带等造成极大危害。因此,起动时,要软起动使储存的能量尽量少,而停机时,特别是紧急停机,要尽可能的慢,使能量释放影响最小。另外长胶带运输机一般都采用多机驱动,通常采用3台电动机。利用ASD通过调节空气间隙可实现软起动和缓慢停机,即能减少起动时储存的能量,又能降低停机,特别是停电施闸紧急停机所造成的危害。多机驱动主要解决多台电动机受力不均问题,受力大的易出故障寿命短。ASD通过自动控制空气间隙进行调节完全能解决多台电动机受力均匀问题。这样由于采用ASD有如下好处:软起动,起动转矩小,胶带安全系数可相应降低,起动与停机胶带释放能量少,保护胶带,可采用强度较低胶带,使整个胶带机的结构重量降低,负载分配均匀,起动系数(起动功率/运行功率)降低。因此采用ASD可使胶带机的装机功率降低20%左右,可以节电。

 
 
  安全环保

  结构简单,安全性高;与液力耦合器相比没有漏油污染,有利于环保;与变频器调速相比对电网不产生高次谐波、电磁干扰等污染。

  安装精度要求低

  不像其他耦合器要严格对中,简化了安装和调试过程。
 
  显著降低了系统振动

  这种传动装置是采用空气隙而不是物理性连接来传递转矩的,因而对电动机和负载的连接精度要求大大降低,实践证明,这种空气隙连接方式可降低振动高达80%左右。如图7所示。

 

  软起动降低电动机起动电流峰值,电动机起动速度快,节约能源,适合频繁起动的场合。如图8所示。

 
 
  具有过载保护功能

  提高了整个电动机驱动系统的可靠性,完全消除了系统因过载而导致的损坏现象。

  此外,永磁传动装置还具有系统维护率低、维修费用少,过程控制简单、易于实现无级调速,延长了设备寿命、减少设备故障周期等特点。
 
  五、适用场合与市场状况
 
  适用行业

  水和废水处理行业,发电业,矿业和水泥行业,冶金行业,石油天然气行业,化学处理行业,制浆造纸业,暖通空调业,灌溉业,海运业,一般制造业以及其他行业。典型应用设备:泵机、风机、胶带运输机、电梯及其它大型装卸设备、压缩机、离心机、削片机、粉碎机、制浆机、破碎机、锤磨机和搅拌机等。

  可在高温(100℃)、低温(-40℃),高海拔、高粉尘、湿度大、雷击、易燃易爆、腐蚀和空间狭小等各种恶劣环境中作业。MagnaDrive永磁传动产品适用于任何电动机,对电网品质无要求。

  市场状况

  10多年来,MagnaDrive永磁传动产品已在美洲、欧洲、大洋洲和亚洲拥有国家级经销机构48家直接一级客户约800多家,全球已有6 000多套产品在作业。

  中国市场客户:
  中国石化天津分公司
  中国石化北京燕山分公司
  中国石化扬子石油化工有限公司
  中国石化海南炼油化工有限公司
  中国石油大庆油田
  中国石油化工股份有限公司
  鞍山钢铁集团有限公司
  华润电力
  台湾塑胶股份有限公司
  山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司
  上海自来水奉贤有限公司
  山东能源枣庄矿业(集团)有限责任公司
  山钢集团济钢集团有限公司
 
  MagnaDrive公司利用能量守恒定律和楞次定律开发研制的永磁传动装置,经过10多年来的实际使用证明是成功的。这是一项独具匠心的发明创造,给几百年来传统机械传动带来全新的变革;不用物理性连接,通过空气隙就能传递转矩。再经过实践进一步考验,可能会引起机械传动的一场革命。

  这项技术结构简单,安装精度要求低,能适应各种恶劣作业环境,可靠性高,特是具有巨大的节能潜力。未来将会不断发展完善,市场不断扩大,为人类社会创造出无法估量的效益。

  这项技术仅有10多年的发展史,就是在美国也是刚刚起步,随着不断发展和不断被认识,其应用的空间非常大,将会渗透到各行各业的各种不同的机械中。

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