[发明专利]一种筒型传动轴永磁耦合装置

说明书

技术领域

本发明涉及电机拖动、负载调速系统领域，特别是一种筒型传动轴永磁耦合装置。

背景技术

目前，节能降耗已成为全社会关注的重点和科学发展的目标。电机系统用电量约占全球用电量的60％，其中风机、泵类、压缩机和空调制冷机的用电量分别占全球用电量的10.4％、20.9％、9.4％和6％。电机系统量大、面广，节电潜力巨大。从国内来讲，现有各类电机系统总装机容量约4.2亿千瓦，运行效率比国外先进水平低10---20个百分点，相当于每年浪费电能约1500亿千瓦时。电动机及被拖动设备效率低，电动机、风机、泵等设备陈旧落后，效率比国外先进水平低2-5个百分点；系统匹配不合理，“大马拉小车”现象严重，设备长期低负荷运行；系统调节方式落后，大部分风机、泵类采用机械节流方式调节，效率比调速方式约低30％以上。

在实际工程设计与应用中，为了保证负荷最大时风机或水泵系统满足输出要求，通常需要按系统的最大输出能力配备风机水泵系统，而真正实用中，绝大多数情况下并非需要系统在满负荷下使用。可以通过调节气隙实现流量和/或压力的连续控制，取代原系统中控制流量和/或压力的阀门，在电机转速不变的情况下，调节风机或水泵的转速，符合离心负载的比例定律。当输出流量和/或压力减少时，电机功率急剧下降，减少了能源需求，从而大大地节约了能源。因此，电机拖动系统领域里，动力传输耦合、调速及节能技术是一个永久的研究和开发课题。

目前常用的几种传统调速方式的技术现状：

串级调速技术，可以回收转差功率，但它不适合于鼠笼型异步电机，必须更换电机；不能实现软启动，启动过程非常复杂；启动电流大；调速范围有限；响应慢，不易实现闭环控制；功率因数和效率低，并随转速的调低急剧下降；很难实现同PLC、DCS等控制系统的配合，对提高装置的整体自动化程度和实现优化控制无益；同时因控制装置比较复杂、谐波污染大对电网有较大干扰；进一步限制了它的使用，属落后技术。电磁转差离台器调速技术，通过对电磁离合器励磁电流的控制实现对其磁极的速度调节，这种系统一般也采用转速闭环控制。这种调速系统全部转差功率都被消耗掉，用增加转差功率的消耗来换取转速的降低，转差率增大，转差功率也增大，以发热形式消耗在转子电路里，使得系统效率也随之降低，这类调速系统存在着调速范围愈宽，转差功率愈大，系统效率愈低的问题，相配的控制装置也较为复杂，故不值得提倡。

液力耦合器调速技术，属低效调速方式，调速范围有限，高速丢转约5％---10％，低速转差损耗大，最高可达额定功率的30％以上，精度低、线性度差、响应慢，启动电流大，装置大，不适合改造；容易漏液、维护复杂、费用大，不能满足提高装置整体自动化水平的需要。

变频调速技术，是目前应用比较普遍和相对先进的技术，采用电力电子技术来实现对电机的速度进行调节，可以有效根据实际工况来自动控制，可以实现一定的节能效果。但是变频设备易产生谐波，大功率变频器对电网的谐波污染非常大；它对空间环境要求也比较“娇贵”，需要空调环境；高压环境下故障率高，安全性差，变频调速系统需要专业人员维护，而且易损备件时常需要更换，维护费用高，调速范围小，特别是在其低速运行时对电机损害大，需要配备相应的变频电机，对于常用的6000V以上高压和50千瓦---10000千瓦型号的变频器来说，其价格昂贵，且拥有者总成本非常大。

永磁耦合及调速技术，永磁耦合扭矩传输或驱动及调速是目前最为先进的、正在进一步大力研究和开发的电机拖动和调速技术。主要优点表现在：①节能，可无级调整转速，调速范围在0---98％；②结构简单；③可靠性高，容易安装，不怕恶劣环境，寿命长达25年以上；④软启动，电机完全在空载下启动，大幅降低启动电流；⑤不怕堵转，不怕脉冲型负载，保护电机，机械密封；⑥容忍轴偏心，具有负载隔离，减低振动、噪声；⑦延长设备寿命，增长故障周期，减少维护需求；⑧无谐波危害，不伤害电机，不影响电网安全；⑨无电磁波干扰；⑩拥有者总成本比较低。