永磁调速技术发展综述
摘要永磁调速技术是一种利用磁力来实现无机械接触扭矩传递的技术，按结构可分为盘式、筒式和双筒式；按用途可分为永磁耦合器、永磁调速器、限矩型永磁耦合器等，通常用于电力、石化、钢铁、造纸等领域中，可实现离心式风机、泵、压缩机等设备的调速节能，以及电机拖动系统的柔性传动、过载保护等。

关键词永磁调速、结构、节能、柔性传动
前言
1940年，英国的Charles和Geoffrey Howard首次采用磁力驱动泵解决了危险性介质输送过程中的泄漏问题[1]。

在以后的30多年里，永磁传动技术由于磁性材料的原因进步十分缓慢。

20世纪70年代起，一些科技工作者又开始对磁力驱动技术进行深入研究，并取得了很大的进展。

1983年高性能钕铁硼（NdFeB）永磁材料问世，磁力驱动技术得以迅速发展，取得了极大的提高[2]。

永磁调速技术是目前应用较为广泛的磁力驱动技术，最早于1993年由美国MagnaForce公司提出，并于1995年得到尝试应用；1996年Rexnord公司第一个采用MagnaForce公司的永磁技术制造了无接触软启动联轴器；1999年MagnaDrive公司也开始采用MagnaForce公司的永磁技术制造无接触调速器，并获得了突破性的进展，成功对风机、水泵等离心式负载进行了调速，达到了节能的目的[3]。

1 永磁调速技术的种类
1.1 盘式永磁调速器
永磁调速器最初的结构为MagnaDrive公司提出的盘式结构，如图1所示。

盘式永磁调速器的导体转子和永磁转子为盘状结构，导体与永磁体磁场产生相对运动时，导体转子会切割永磁体的磁力线产生涡流，涡流产生的感应磁场与永磁场相互耦合，从而实现动力的传递。

调节器控制永磁转子和导体转子之间的气隙，改变导体转子切割永磁体磁力线的多少，从而改变感应磁场的大小，进而控制输出转矩，实现负载转速的调节。

1.2 筒式永磁调速器
筒式永磁调速器于2009年提出，导体转子与永磁转子均为筒状结构，如图2所示。

导体转子与永磁转子之间的气隙不变，通关调节两者的啮合面积改变输出扭矩。

减小导体转子和永磁转子的啮合面积时，通过导体环的磁力线减少，传递的转矩下降，输出转速随之减小，从而起到调速节能的作用。

与盘式结构相比，筒式磁场方向为径向，轴向调节力小，调节器结构简单、
紧凑；但盘式永磁调速器的对中要求较低。

1.3 双筒式永磁调速器
双筒式永磁调速器是在筒式的基础上做了进一步的改进，为了使更多的磁力线穿过导体转子，增大磁场耦合面积，导体转子采用了双层共底结构，外层内侧和内层外侧筒壁上均有导体环，导体环均与永磁体相对，相对运动时切割磁力线产生涡流[4]，如图3所示。

双筒式永磁调速器的结构相较于前两种明显提高了磁场的利用率，在相同永磁体用量的情况下可以传递更大的扭矩。

但是该结构内层因涡流产生的热量难以带走，限制了大功率设备的开发。

2 永磁调速技术的应用
2.1 永磁耦合器
永磁耦合器主要由导体转子和永磁转子组成，分别连接电机和负载，没有调节机构，安装完成后气隙或啮合面积固定，不可调节。

可取代传统联轴器，实现软连接，用于输送机、挖掘机、磨煤机、空预器、水泵、风机等各种动力设备，可消除冲击载荷、隔离振动、避免安装应力造成零配件损坏等。

2.2 永磁调速器
永磁调速器适用于离心式风机、压缩机、泵类设备的调速节能，利用离心式负载流量与转速成正比、扭矩与转速的平方成正比、轴功率与转速的三次方成正比的近似关系，通过调节负载的转速改变负载的流量或压力，适应工况需求。

与传统的阀门或风门挡板调节相比，永磁调速方式消除了节流损耗，提高了系统的运行效率。

永磁调速器的节电率一般為10%～60%。

2.3 限矩型永磁耦合器
限矩型永磁耦合器与永磁耦合器结构类似，导体转子随电机同步旋转，当负载出现过载或堵转时，与负载连接的永磁转子转速下降，与导体转子的转速差增大，从而产生较大的轴向推力将两转子之间的气隙拉大。

这种距离使得导体转子与永磁转子之间的磁耦合力迅速降低，从而断开了电机和负载之间的扭矩传递。

当负载扭矩超过某个限定值时，限矩型永磁耦合器可以起到保护电机的作用；在正常运行时，则起到柔性传动的作用。

3 永磁调速技术的发展趋势
3.1 大功率
在电力行业，1000MW机组配备的引风机、一次风机等辅机系统功率均在
3000kW以上。

但是目前永磁调速产品的最大功率为3000kW，在一定程度限制了永磁调速器的应用。

我国火电机组向大容量发展，对永磁调速器的功率也提出了更高的要求。

永磁调速器的功率主要受到两个因素的限制：一方面，功率越大，需要的永磁体数量越多，设备的体积和重量越大；另一方面，功率越大，因涡流导致的发热越大，对散热的要求高。

为了促进永磁调速器向更大功率发展，首先就要做好提高磁场利用率以及优化磁路排列的研究工作，减少磁漏，达到更高的功率密度。

采用新型的导体材料，降低涡流发热，并改善冷却系统，提高散热效率。

3.2 高转速
永磁调速器目前主要应用于转速在1500r/min及以下的系统中。

对于3000r/min的系统，由于转速高，永磁调速产品中的轴承发热大，设备振动较大、噪音大。

为拓宽永磁调速器的应用领域，还需改善高转速产品的稳定性，改进永磁调速器旋转部件的支撑结构，改善轴承的受力，保证轴承的润滑和散热[5]。

4 结束语
永磁调速技术通过磁力耦合实现非机械连接扭矩传递，具有调速节能、减小振动、轻载启停等功能，用于电力、石化、钢铁、水泥、造纸、水务等行业的风机、水泵、压缩机、输送带等设备，结构简单，环境适应能力强，可靠性高，维护成本低，应用前景广阔。

永磁调速器目前结构多样，各有优缺点，属于技术密集型产品。

目前生产厂家良莠不齐，在选择产品时要综合考虑厂家的研发和生产实力、应用业绩和效果等，从而保障系统的稳定运行。

参考文献
[1] 袁丹青，何有泉，陈向阳，等.磁力泵的研究现状与发展前景[J].磁性材料及器件，2011，42（2）：1-3.
[2] 王玉良.国外永磁传动技术的新发展[J].磁性材料及器件，2001，32（4）：45-49.
[3] 张泽东.永磁磁力耦合器设计与关键技术研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2012.
[4] 牛晓博.基于ANSYS的永磁调速器磁场研究[D].西安：长安大学，2012.
[5] 申玉荣，赵爱军，蔡亮，等.电厂循环水泵永磁调速器改造节能分析[J].河北电力技术，2015，34（5）：41-42.。