一種全新永磁傳動技術□ 劉廷安美國 MagnaDrive 公司研發的全新永磁傳動技術在不到 10 年的時間里傳遍全球，該技術 2008 年進入中國市場， 到現在為止有 10 多家大型公司應用了這項技術。為了盡快推動這項技術在中國擴大應用，現將這種傳動技術的 發展歷程與產品簡介、工作原理、分類特點以及適用場合與市場現狀等做了較詳細的說明，供參考。發展歷程1999 年美國波音商務飛機制造公司前董事長 羅恩·伍德先生發起在華盛頓州貝爾維尤市成立 了 MagnaDrive 公司。這家公司開發出的傳動技 術利用高功率釹鐵硼永磁產生感應電動勢，用來 傳遞轉矩。系統中把電動機和負載兩個部件從物 理上分開 ：把磁盤放在負載軸上，把導體盤放在 電動機軸上。將電動機轉矩通過一個空氣隙傳遞 給負載。MagnaDrive 共有兩大類產品 ：永磁調 速傳動裝置（ASD）和耦合器。前者改變磁盤和 導體盤之間的空氣間隙，從而改變磁場強度，這 樣能控制輸出速度。后者作為恒轉矩應用的耦合 器。正因為這項新技術具有獨特的優點，2002 年 獲得了美國能源部的資金支持。同年美國造紙廠 將這項技術成功地應用在紙漿泵上。也是在這一 年耦合器產品應用于漢諾威新型空壓機上。2004 年通過了美國海軍最嚴格的 9-G 振動試驗，次年 就獲得了美國海軍的訂單。2006 年被美國德勤公 司評為北美進步最快的技術公司 500 強，同年該 公司產品用于杜克能源核能項目上。2008 年進入 中國和南非市場。2010 年中國鞍山欽元節能設備 制造有限公司注資成為該公司的最大股東。2011 年在中國建立了生產基地。2012 年北京公司成立。永磁調速器圖1 工作原理安裝在電動機軸上的導體盤隨電動機旋轉，它 切割永磁盤產生的磁力線，在導體盤中產生感應電 動勢，從而產生渦流，此渦流也會在導體盤周圍產 生感應磁場，按照楞次定律，這個磁場是阻礙引起 感應電流（渦流）的磁通量變化的。磁盤永磁產生 恒定磁通，它在導體盤的磁通量也是恒定的，正因 導體盤旋轉才使磁通變化，不讓它變化，只有使磁 盤與導體盤一起同步旋轉，這樣就通過空氣間隙使 磁盤也就是負載和電動機軸一起旋轉了。電動機與 負載無需任何物理連接就通過空氣間隙把轉矩傳遞 給了負載。為什么調節空氣間隙能調速呢？眾所周知， 電磁轉矩大小與磁通成正比。磁通與空氣間隙成 反比，調節空氣間隙，能調節磁通，也能調節電 磁轉矩，這樣就可以調速了。這是一種通過空氣間隙調速的獨特方法，能 適用各種惡劣作業環境，抗干擾能力強，能滿足 各種負載要求，特別是節電等優點是現有的任何 調速裝置所不具備的。除此而外，該公司還利用磁性傳動原理生產 磁性耦合器。它是以恒速度應用，利用空氣間隙 把電動機與負載隔離開。這樣就消除了振動傳遞， 防止設備損壞與停機以及不需要在安裝時用激光 對中。實際使用中不需要維護，每年只在設備作業中進行一次檢查就行。電機執行器風機水泵 或其他 負載 設備風量、流量 或其他控制 信號ASD 自 動 化 控制流程圖MagnaDrive 產品分類MagnaDrive 公司的永磁產品分為兩大類 ： 永磁調速傳動裝 置（ASD）和永磁耦合 器。而 控制/反饋信號(4-20mA)人機界面PLC遙控控制/反饋信號永磁耦合器又分為四種類型 ：經濟型永磁耦合器（MGE），標準型永磁耦合器（FGC），延遲型永 磁耦合器（MGD）和限矩型永磁耦合器（MGTL）。642014·01永磁調速傳動裝置（ASD）這種傳動裝置由三部分組成 ：一是與負載連 接的永磁體，二是與電動機連接的導體，（這兩個 轉動體之間有空氣間隙），三是帶有控制裝置的執 行器，（控制方式有兩種 ：手動控制和信號電控）。 其自動化控制流程圖如圖 1 所示。通過執行器調 節兩個轉動體之間的空氣間隙大小，調節輸出轉 矩，實現負載輸出速度控制。這種裝置是通過轉矩實現速度控制的，電 動機傳給永磁調速傳動裝置上的轉矩和永磁調速 傳動裝置傳到負載上的轉矩是相等的。這樣就可 以根據負載實際運行的轉矩大小來調整電動機輸 出轉矩。負載要求轉矩小，電動機輸出轉矩就小， 相應輸出功率也小。當 ASD 接到一個控制信號 如壓力、流量、液面高度等信號后，傳給執行器 的控制裝置，經過對信號識別與轉換，產生一個 操作指令，執行器調節導體盤和永磁盤之間的空 氣間隙，從而按照負載要求，實時自動地調節 ASD 輸出的轉矩，最終使電動機的輸出功率剛好 滿足負載要求。實現了電動機節能和提高電動機 工作效率。ASD 適用于需要對負載進行過程控制， 替代變頻器進行節能改造以及不用控制電動機直 接對負載進行控制的場合。永磁耦合器1. 經濟型永磁耦合器（MGE）如圖 2 所示，這種耦合器是由兩個獨立的沒圖2 圖3 標準型永磁耦 合器結構圖有任何接觸的轉子組成的，這兩個轉子之間有一 定的空氣間隙。其中一個有銅圈的鋼制轉動體與 電動機輸出端連接（稱為導體），另一個具有永 磁材料的鋁制轉動體與負載輸入端連接（稱為永 磁體）。電動機轉動時，導體通過切割永磁體的 磁力線產生感應力，實現電動機與負載之間的轉 矩傳遞。2. 標準型永磁耦合器（FGC）如圖 3 所示，這種耦合器其結構與經濟型永磁 耦合器基本相同，但是這種類型的耦合器還可以在 一定范圍內，通過調整兩個轉子之間的空氣間隙的 距離，達到傳遞不同轉矩和速度要求。3. 延遲性永磁耦合器（MGD）如圖 4 所示，兩片相互連接的磁體與導體 之間，在初始位置時二者之間具有較大的空氣隙。 電動機起動后，與電動機連接的導體很快達到電 動機的額定轉速，這樣導體與永磁體之間有相對 的速度差。速度差產生的磁感應力，拉動二者之 間的空氣間隙逐漸變小，傳遞的轉矩增大，與負經濟型永磁耦合器結構圖載連接的永磁體轉動速度逐漸加快，最后達到一 額定速度運行的標準空氣間隙尺寸時，實現定速 轉動。這種工作性質，實際上延遲了過載轉矩與 電動機之間的傳遞，所以稱它為延遲型永磁耦合 器。適用于對軟啟動要求高和負載周期性變化的 場合。4. 限矩型永磁耦合器（MGTL）如圖 5 所示，這種耦合器和延遲型永磁耦 合器相近，也可以通過兩片相互連接的永磁體與 導體之間的空氣間隙的大小調節傳遞的轉矩，當 負載超過某個限定值的時候，空氣間隙就被拉大，減小了電動機與負載之間的傳遞轉矩，電動機得 到了完全保護。適用于具有較高起動慣性轉矩的 負載、脈沖負載、周期性振動負載和需要限定負 載最大轉矩保護電動機的場合。永磁傳動裝置的特點圖4 延遲型永磁耦合器 結構圖故障壽命短。ASD 通過自動控制空氣間隙進行調 節完全能解決多臺電動機受力均勻問題。這樣由 于采用 ASD 有如下好處 ：軟起動，起動轉矩小， 膠帶安全系數可相應降低，起動與停機膠帶釋放 能量少，保護膠帶，可采用強度較低膠帶，使整 個膠帶機的結構重量降低，負載分配均勻，起 動系數（起動功率 / 運行功率）降低。因此采用 ASD 可使膠帶機的裝機功率降低 20% 左右，可 以節電。安全環保結構簡單，安全性高 ；與液力耦合器相比沒 有漏油污染，有利于環保 ；與變頻器調速相比對 電網不產生高次諧波、電磁干擾等污染。安裝精度要求低不像其他耦合器要嚴格對中，簡化了安裝和 調試過程。高效節能以兩種應用方式說明節電效果 ：一是風機， 二是膠帶運輸機。在風機應用中，利用永磁調速 傳動裝置（ASD）可以通過調節空氣間隙來調 節轉速，從而實現風機的流量或壓力的連續控制， 取代原系統中用閥門控制流量或壓力。從圖 6 可以看出，當以 80% 的流量比作業時，通過閥門 控制的功率約為額定功率的 97%，而使用 ASD 調節時僅為額定功率的 68%，若二者額定功率相 同時，其差值為 29%，也就是說用 ASD 比用閥 門控制節電 29%。在長膠帶運輸機的應用中，膠 帶是彈性體，加載時有極大慣性。起動時作用越 快，膠帶儲存的能量就越大，釋放這些能量會對 電動機、機械傳動以及機架、膠帶等造成極大危 害。因此，起動時，要軟起動使儲存的能量盡量 少，而停機時，特別是緊急停機，要盡可能的慢， 使能量釋放影響最小。另外長膠帶運輸機一般都 采用多機驅動，通常采用 3 臺電動機。利用 ASD 通過調節空氣間隙可實現軟起動和緩慢停機，即 能減少起動時儲存的能量，又能降低停機，特別 是停電施閘緊急停機所造成的危害。多機驅動主 要解決多臺電動機受力不均問題，受力大的易出顯著降低了系統振動這種傳動裝置是采用空氣隙而不是物理性連接 來傳遞轉矩的，因而對電動機和負載的連接精度要 求大大降低，實踐證明，這種空氣隙連接方式可降 低振動高達 80% 左右。如圖 7 所示。軟起動降低電動機起動電流峰值，電動機起動速度快， 節約能源，適合頻繁起動的場合。如圖 8 所示。具有過載保護功能提高了整個電動機驅動系統的可靠性，完全 消除了系統因過載而導致的損壞現象。圖5 限矩型永磁耦合 器結構圖industiy業 界 專 題662014·01此外，永磁傳動裝置還具有系統維護率低、 維修費用少，過程控制簡單、易于實現無級調速，100較低的速度降低，存在差異達到節能效果高峰需求延長了設備壽命、減少設備故障周期等特點。適用場合與市場狀況適用行業水和廢水處理行業，發電業，礦業和水泥806040較短的涌浪 持續時間2003%5%10%15%9%14%27%39%行業，冶金行業，石油天然氣行業，化學處理行圖8 070業，制漿造紙業，暖通空調業，灌溉業，海運業， 一般制造業以及其他行業。典型應用設備 ：泵機、 風機、膠帶運輸機、電梯及其它大型裝卸設備、 壓縮機、離心機、削片機、粉碎機、制漿機、破 碎機、錘磨機和攪拌機等。Kaiyun官網登錄入口 開云網站可在高溫（100℃）、低溫（-40℃），高海拔、 高粉塵、濕度大、雷擊、易燃易爆、腐蝕和空間 狹小等各種惡劣環境中作業。MagnaDrive 永磁 傳動產品適用于任何電動機，對電網品質無要求。市場狀況10 多 年 來，MagnaDrive 永磁傳動產品已 在美洲、歐洲、大洋洲和亞洲擁有國家級經銷機節流閥控制0.8永磁傳動電動機 起動曲線和普通 聯軸器電動機啟 動曲線 多套產品在作業。 中國市場客戶 : 中國石化天津分公司 中國石化北京燕山分公司中國石化揚子石油化工有限公司 中國石化海南煉油化工有限公司 中國石油大慶油田 中國石油化工股份有限公司 鞍山鋼鐵集團有限公司華潤電力 臺灣塑膠股份有限公司山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司 上海自來水奉賢有限公司 山東能源棗莊礦業（集團）有限責任公司 山鋼集團濟鋼集團有限公司0.60.40.20.00永磁調速裝置0.20.40.60.81.0流量比 永磁驅動 裝置物理性連 接時間圖6 ASD 與節流閥兩 種方法的對比圖7 永磁傳動裝置與 物理性連接振動 比較MagnaDrive 公司利用能量守恒定律和楞次 定律開發研制的永磁傳動裝置，經過 10 多年來 的實際使用證明是成功的。這是一項獨具匠心的 發明創造，給幾百年來傳統機械傳動帶來全新的 變革 ；不用物理性連接，通過空氣隙就能傳遞轉 矩。再經過實踐進一步考驗，Kaiyun官網登錄入口 開云網站可能會引起機械傳 動的一場革命。這項技術結構簡單，安裝精度要求低，能適 應各種惡劣作業環境，可靠性高，特是具有巨大 的節能潛力。未來將會不斷發展完善，市場不斷 擴大，為人類社會創造出無法估量的效益。這項技術僅有 10 多年的發展史，就是在美 國也是剛剛起步，隨著不斷發展和不斷被認識， 其應用的空間非常大，將會滲透到各行各業的各 種不同的機械中。67

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