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          永磁磁力驅(qū)動技術(shù)小結(jié)

          發(fā)布時間:2005-09-27 22:44   類型:專業(yè)論文   人瀏覽

          1簡介
          1.1永磁磁力驅(qū)動概念
           永磁磁力驅(qū)動技術(shù)是以現(xiàn)代磁學(xué)的基本理論,應(yīng)用永磁材料所產(chǎn)生的磁力作用,來實(shí)現(xiàn)力或者力矩(功率)無接觸傳遞的一種新技術(shù)。實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的裝置稱為永磁磁力驅(qū)動器,或稱為永磁磁力傳動器、永磁磁力耦合器、永磁磁力聯(lián)軸器等。
          1.1永磁磁力驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展史及現(xiàn)狀
          1940年英國人Charles和Geoffrey Hwward首次解決了具有危險性介質(zhì)化工泵的泄漏問題,解決的方法是用磁力驅(qū)動泵。在以后30多年里永磁傳動技術(shù)由于磁性材料的原因進(jìn)步十分緩慢。1983年高性能釹鐵硼(NdFeB)永磁材料的問世,為磁力驅(qū)動泵的快速發(fā)展提供了關(guān)鍵部件的材料。近年來永磁傳動技術(shù)已從泵類向其它密封機(jī)械擴(kuò)展,技術(shù)上集中于提高設(shè)備的可靠性、抗介質(zhì)腐蝕新材料的研究,流體技術(shù)及制造裝配的精度。磁力泵代表著一個國家制造技術(shù)的水平,近年來工業(yè)發(fā)達(dá)國家的磁力泵在效率、壽命、制造周期、成本、可靠性等方面有了突破性的進(jìn)展。
          1999年美國MagnaDrive公司對永磁傳動研究實(shí)現(xiàn)了革命性地突破,實(shí)現(xiàn)了對風(fēng)機(jī)水泵旋轉(zhuǎn)負(fù)載進(jìn)行調(diào)速,并將傳遞的功率大大提高,其緊湊型永磁磁力耦合器最大功率可達(dá)5000hp。大大地提高了永磁傳動的傳動效率,全面地提高了電機(jī)系統(tǒng)的可靠性,顯著地降低了系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。將永磁驅(qū)動技術(shù)開辟了更為廣泛的應(yīng)用。
          1.2磁力驅(qū)動器的分類
          1、根據(jù)磁力驅(qū)動器的耦合原理可以分為:同步式、渦流式、磁滯式三種。
           同步式永磁磁力耦合器。若設(shè)主動件轉(zhuǎn)速為n1,從動件轉(zhuǎn)數(shù)為n2,傳遞的轉(zhuǎn)矩為T時,可傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為Tmax,永磁體的內(nèi)稟茭頑力為jHc1,在主從動兩部件中均采用永磁體,兩部件中的矯頑力均相等而且有足夠大時,在n1=n2,T<Tmax的條件下,則磁力驅(qū)動器為同步式永磁磁力耦合器。
           渦流式永磁磁力耦合器。若主從動件,主動件為導(dǎo)電體,且電導(dǎo)率不等于0時,從動件為永磁體,此時稱該磁力驅(qū)動器為為渦流磁力驅(qū)動器。
           磁滯式永磁磁力耦合器。如果主動件為磁滯材料,內(nèi)稟矯頑力為jHc1;從動件為永磁體,內(nèi)稟矯頑力為jHc2時;jHc1>jHc2;T<Tmax,n1=n2時,則無能量損失(磁滯損失),此時磁力驅(qū)動器稱為磁滯式永磁磁力耦合器。
          2、依據(jù)磁力驅(qū)動器傳遞運(yùn)動方式可分為:直線運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、復(fù)合運(yùn)動等
           直線運(yùn)動式永磁磁力耦合器:當(dāng)主動件作直線運(yùn)動時,從動件也作直線運(yùn)動。
           旋轉(zhuǎn)運(yùn)動式永磁磁力耦合器:當(dāng)外磁轉(zhuǎn)子作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時,內(nèi)磁轉(zhuǎn)子也作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
           復(fù)合運(yùn)動式永磁磁力耦合器:其主動件作直線加旋轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動時,從動件也隨之作復(fù)合運(yùn)動。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但是其外形基本上與直線運(yùn)動式永磁磁力耦合器接近。
          3、依據(jù)磁力驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)形式分為圓筒式和圓盤式兩種結(jié)構(gòu)
          4、根據(jù)永磁磁力驅(qū)動器的布局分為間隙分散式和組合推拉式兩種。
          2同步式永磁磁力耦合器
          2.1 簡介
          同步式永磁傳動技術(shù)是將原動機(jī)的動力通過其軸上的外磁部件傳遞給工作軸上的內(nèi)磁部件,內(nèi)外磁部件由隔離罩分開,從而工作軸無須伸出所要封閉的空間,取消了動密封,實(shí)現(xiàn)無密封、零泄漏。該技術(shù)主要應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、石油化工、醫(yī)藥、食品工業(yè)中的泵和壓縮機(jī)、攪拌機(jī)與閥門等。目前我國流體機(jī)械大量使用的傳統(tǒng)機(jī)械密封在國外的這些部門已逐漸被永磁傳動所取代。
          永磁傳動即永磁聯(lián)軸器對于需要密封的機(jī)械,對有害、有毒、污染、危險、純凈、貴重的產(chǎn)品和生產(chǎn)過程是一最安全解,它的應(yīng)用范圍很寬。現(xiàn)在主要的應(yīng)用產(chǎn)品有永磁磁力驅(qū)動離心泵、永磁磁力驅(qū)動齒輪泵、永磁磁力驅(qū)動真空動密封、永磁磁力驅(qū)動壓縮機(jī)、永磁磁力驅(qū)動攪拌反應(yīng)釜、磁力驅(qū)動液面檢測儀等等應(yīng)用很廣泛。
          2.2 同步式永磁磁力耦合器的特點(diǎn)
           可將軸傳遞動力的動密封轉(zhuǎn)化為靜密封,實(shí)現(xiàn)動力的零泄漏傳遞
           可避免震動傳遞,實(shí)現(xiàn)工作機(jī)械的平穩(wěn)運(yùn)行。
           可實(shí)現(xiàn)工作機(jī)械運(yùn)行中的過載保護(hù)。
           與剛性聯(lián)軸器相比,安裝拆卸、調(diào)試、維修均較為方便
           可凈化環(huán)境、消除污染,實(shí)現(xiàn)文明生產(chǎn)。
          2.3 同步式永磁磁力耦合器的不足
           磁場的存在可干擾周圍環(huán)境。磁場在某一空間的存在干擾了周圍環(huán)境,使某些應(yīng)避免磁場干擾的儀器與設(shè)備的使用受到了限制。
           磁力驅(qū)動在起動過程中醫(yī)產(chǎn)生滯后,因此在要求精確設(shè)備的使用上受到了限制。
           磁力驅(qū)動器與接觸式密封裝置相比,效率相對降低。
           現(xiàn)在所傳遞的功率主要集中在小功率100kW以內(nèi),國外有個別廠家傳遞功率可到350kW。
          3渦流式永磁磁力驅(qū)動器
          3.1 渦流式永磁磁力耦合簡介
          渦流式永磁磁力驅(qū)動技術(shù)首先由美國MagnaDrive公司在1999年獲得了突破性的發(fā)展。該驅(qū)動方式與傳統(tǒng)的同步式永磁磁力驅(qū)動技術(shù)有很大的區(qū)別,其主要的貢獻(xiàn)是將永磁驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用大大拓寬。它不解決密封的問題,但是它解決了旋轉(zhuǎn)負(fù)載系統(tǒng)的對中、軟啟動、減震、調(diào)速、及過載保護(hù)等問題,并且使永磁磁力驅(qū)動的傳動效率大大提高,可達(dá)到98.5%。該技術(shù)現(xiàn)已在各行各業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)將對傳統(tǒng)的傳動技術(shù)帶來了嶄新的概念,必將為傳動領(lǐng)域帶來一場新的革命。為了更好地了解該技術(shù)的情況,將美國MagnaDrive公司做一個簡單的介紹。
          MagnaDrive公司成立于1999年,致力于永磁磁力耦合驅(qū)動技術(shù)的研發(fā)和市場推廣。該公司在永磁傳動領(lǐng)域獲得了革命性地突破,通過該技術(shù),可以大大減少電動機(jī)的能耗,減少電動機(jī)系統(tǒng)的震動。同年該技術(shù)獲得美國西北能效協(xié)會資助。
          在2001年,該技術(shù)被美國《工業(yè)周刊》雜志評為2001年度科技,并獲得年度最佳創(chuàng)新獎。同年受到美國能源部的嘉獎。
          在2004年3月,美國海軍經(jīng)過兩年多的驗證后,對該技術(shù)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了批量采購。2004年該公司被美國Inc. 500評為全美成長最快的500家私人企業(yè)之一;同年被Deloitte&Touche評為北美成長最快的100家高科技企業(yè)之一。
          該產(chǎn)品已經(jīng)通過美國海軍最嚴(yán)格的9-G抗震試驗。同時,該產(chǎn)品在美國獲得17項專利技術(shù),在全球共獲得專利一百多項。目前,由MagnaDrive公司和美國西北能效協(xié)會組成專門小組對該技術(shù)設(shè)備進(jìn)行商業(yè)化推廣。由于該技術(shù)創(chuàng)新,使人們對節(jié)能概念有了全新的認(rèn)識。在短短的幾年中,MagnaDrive獲得了很大的發(fā)展,現(xiàn)已經(jīng)滲透到各行各業(yè),在全球已超過2000套設(shè)備投入運(yùn)行。
          3.3 渦流式永磁磁力耦合工作原理
          MagnaDrive永磁磁力耦合調(diào)速驅(qū)動是通過銅導(dǎo)體和永磁體之間的氣隙實(shí)現(xiàn)由電動機(jī)到負(fù)載的轉(zhuǎn)矩傳輸。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在驅(qū)動(電動機(jī))和被驅(qū)動(負(fù)載)側(cè)沒有機(jī)械鏈接。其工作原理是一端稀有金屬氧化物硼鐵釹永磁體和另一端感應(yīng)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,通過調(diào)節(jié)永磁體和銅導(dǎo)體之間的氣隙就可以控制傳遞的轉(zhuǎn)矩,從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載速度調(diào)節(jié)。
          由下圖所示,MagnaDrive永磁磁力耦合調(diào)速驅(qū)動器主要由銅轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和控制器三部分組成。銅轉(zhuǎn)子固定在電動機(jī)軸上,永磁轉(zhuǎn)子固定在負(fù)載轉(zhuǎn)軸上,銅轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間有間隙(稱為氣隙)。這樣電動機(jī)和負(fù)載由原來的硬(機(jī)械)鏈接轉(zhuǎn)變?yōu)檐洠ù牛╂溄樱ㄟ^調(diào)節(jié)永磁體和銅導(dǎo)體之間的氣隙就可實(shí)現(xiàn)負(fù)載軸上的輸出轉(zhuǎn)矩變化,從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速變化。由上面的分析可以知道,通過調(diào)整氣隙可以獲得可調(diào)整的、可控制的、可以重復(fù)的負(fù)載轉(zhuǎn)速。
          磁感應(yīng)原理是通過磁體和導(dǎo)體之間的相對運(yùn)動產(chǎn)生。也就是說,永磁磁力耦合調(diào)速驅(qū)動器的輸出轉(zhuǎn)速始終都比輸入轉(zhuǎn)速小,轉(zhuǎn)速差稱為滑差。典型情況下,在電動機(jī)滿轉(zhuǎn)時,MagnaDrive ASD的滑差在1%--4%之間。

                  
           
          通過MagnaDrive ASD,輸入轉(zhuǎn)矩總是等于輸出轉(zhuǎn)矩,因此電動機(jī)只需要產(chǎn)生負(fù)載所需要的轉(zhuǎn)矩。
          MagnaDrive ASD傳輸能量和控制速度的能力不受電動機(jī)軸和負(fù)載軸之間由于安裝未對準(zhǔn)原因而產(chǎn)生的小角度或者小偏移的影響。排除了未對準(zhǔn)而產(chǎn)生的震動問題,由于沒有機(jī)械鏈接,即使電動機(jī)本身引起的震動也不會引起負(fù)載震動,使整個系統(tǒng)的震動問題得到有效降低。
          MagnaDrive ASD控制器通過處理各種信號實(shí)現(xiàn)對負(fù)載調(diào)速,包括壓力、流量、位移等其他過程控制信號。MagnaDrive ASD可以方便地對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造,不需要對現(xiàn)有電動機(jī)和供電電源進(jìn)行任何改動,極少的現(xiàn)金和安裝投入。安裝MagnaDrive ASD以后,對整個系統(tǒng)不產(chǎn)生電磁干擾。在大多數(shù)情況下,關(guān)閉或者拆除現(xiàn)有的過程控制硬件設(shè)備。負(fù)載將在最優(yōu)化的速度運(yùn)行,增加能源效率,減少運(yùn)行和維護(hù)成本。

          3.3 渦流式永磁磁力耦合調(diào)速的特點(diǎn)
           總成本最低。
           維護(hù)工作量小,幾乎為免維護(hù)產(chǎn)品,維護(hù)費(fèi)用極低。
           容忍較大的安裝對中誤差(5mm) 。大大簡化了安裝調(diào)試過程。
           過載保護(hù)功能。提高了整個電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性,完全消除了系統(tǒng)因過載而導(dǎo)致的損害現(xiàn)象。
           帶緩沖的軟啟動/軟制動(剎車)。
           節(jié)能效果顯著。 節(jié)電率達(dá)到25%--66%。
           使用壽命長,設(shè)計壽命30年。美國海軍品質(zhì)。
           過程控制精確高。控制精度達(dá)到0.1% 。 (磁浮定位技術(shù))
           減震效果好。
           結(jié)構(gòu)簡單,適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。對環(huán)境友好,不產(chǎn)生污染物,不產(chǎn)生諧波。
           體積小,安裝方便,可方便地對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改造或用在新建系統(tǒng)。
           應(yīng)用現(xiàn)場多,已成功應(yīng)用2000套。 

          3.4 渦流式永磁磁力耦合調(diào)速的不足
           在低速時,節(jié)電效果比同等功率的變頻器差;
           對于改造項目,安裝時,需要移動電動機(jī);
           只能以一控一方式運(yùn)行,而變頻器可以一控多;
          4 小結(jié)
           磁力傳動技術(shù)并非只是簡單的利用磁體的同性相斥、異性相吸作用,它是傳動技術(shù)、材料技術(shù)、制造技術(shù)的集成。世界一流的專業(yè)生產(chǎn)廠,他們的產(chǎn)品在世界享有聲譽(yù),以至于我們無法仿制,其原因就在如此。21世紀(jì)制造技術(shù)不但將繼續(xù)制造常軌條件下運(yùn)行的機(jī)器與設(shè)備,而且將制造出極端環(huán)境下運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備。
          21世紀(jì)制造的產(chǎn)品應(yīng)是符合節(jié)能和生態(tài)環(huán)保,與人友好的綠色產(chǎn)品,磁力傳動技術(shù)正是適應(yīng)這一發(fā)展態(tài)勢,。隨著新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),必將迎來永磁傳動技術(shù)發(fā)展的熱潮。

































































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