[实用新型]可调节气隙磁场耦合间距和面积的筒型传动轴永磁耦合器

说明书

技术领域

本实用新型涉及传动轴耦合驱动技术领域、负载调速技术领域及动力拖动领域，特别是一种可调节气隙磁场耦合间距和面积的筒型传动轴永磁耦合器。

背景技术

在我们身边，涉及到传动轴耦合驱动和调速的领域比比皆是，汽车、火车、轮船和飞机等各种运输工具中、几乎各种工业场合中以及人们生产生活中用到的有动力(常见的有电机、内燃机)拖动的设备中大都会用到传动轴耦合驱动和调速技术，相关的技术方案也林林总总。由于应用领域非常广泛和繁杂，本实用新型所涉及的背景技术只侧重电机拖动领域作重点介绍，但不是说其它方面不适用本实用新型技术方案。

当前，节能降耗已成为全社会关注的重点内容之一，而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。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。目前电机拖动领域常用的技术都存在着很多方面的缺点和不足，随着永磁耦合及调速技术的发展，将在许许多多应用领域逐渐退出市场或失去竞争能力。举例来说：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。电磁转差离合器调速技术，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，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调节，可以有效根据实际工况来自动控制，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，它比较“娇贵”、对环境要求也比较苛刻，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。

同样，在其他的行业中，传动轴耦合驱动及负载调速的场合也有着巨大的需求，对其技术进步的要求也一样强烈，迫切需要新技术取代传统技术，如汽车和机械设备上经常用到的离合器、联轴器、变速器等等，由于绝大多数为硬联接或摩擦联接传动结构，存在着效率低、易磨损、可靠性差、不易操控、制造加工组装困难、设备启动困难、轴对准要求高、噪声和振动大等很多方面的缺点和不足。因此，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。