永磁调速原理的风机变速系统装置设计【字数：14212】
永磁调速器是一种新型的调速装置，通过导体转子在永磁转子磁场中相对转动所产生的感应磁场与永磁体的磁场相互作用产生转矩，从而实现转矩从输入轴到输出轴的传递。永磁转子与导体转子间无机械接触，而是通过相对耦合面积来改变扭矩的大小，从而实现对速度的控制。相对于传统的调速装置，永磁调速器具有节能、无污染、不受电磁波干扰以及能适用于各种恶劣环境场合的优点。本文梳理了永磁调速器的分类和工作原理并分析了永磁调速器的结构，然后结合已发表的论文结论以及模拟仿真结果对部分重要零件的材料进行了选择，再通过magnet仿真模拟软件对涡流分布、磁场分布进行仿真分析，并分别从永磁体厚度、永磁体个数、导体环厚度、气隙厚度以及永磁体长度五个因素对永磁调速器进行仿真模拟并分析出其各自因素对转出转矩及输出功率的影响，进而推出部分重要零件的具体尺寸数据。最后通过已知的尺寸数据进行模拟仿真，验证数据的准确性。结合对永磁调速器结构的分析以及仿真得出的尺寸数据，应用solidworks三维软件对各零件进行三维建模，最后生成装配体。
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题的目的和意义 1
1.2 国内外研究概况及未来发展趋势 1
第二章 永磁调速器的结构及其工作原理 4
2.1 风机调速系统的分类及工作原理 4
2.2 永磁调速器的分类及工作原理 4
2.3 风机系统及永磁调速器的装置结构分析 5
2.3.1风机系统及永磁调速器总体结构分析 5
2.3.2永磁转子的结构分析 7
2.3.3导体转子的结构分析 9
2.3.4调速机构的结构分析 11
第三章 主要零件材料的选择及确定 14
3.1 导体环材料的选择 14
3.2 导体筒材料的选择 14
3.3永磁体材料的选择 15
第四章 应用Magnet对装置中的关键参数进行仿真、分析、优化 16
4.1 三维涡流的分布 16
4.2 三维磁场的分布 17
4.3 输出转矩及输出功率的计算分析 18
4.4耦合面积对输出转矩及输出功率的影响 20
4.5永磁体厚度对输出 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
转矩及输出功率的影响 23
4.6永磁体个数对输出转矩及输出功率的影响 25
4.7导体环厚度对输出转矩及输出功率的影响 27
4.8气隙厚度对输出转矩及输出功率的影响 29
第五章 应用Manget对永磁调速器进行模拟验证 31
5.1负载最高转速1480rpm的模拟仿真 31
5.2 负载最低转速500rpm的仿真模拟 38
第六章 总结与展望 40
6.1 总结 40
6.2 展望 40
参考文献 42
致谢 43
第一章 绪论
1.1 课题的目的和意义
随着科技水平的日益提高，应用在石油、石化、电力、矿山、钢铁、化工、水泥等行业的传统的变频调速技术在实际生产过程中存在着许多缺点，例如工作环境要求较高、易受电磁波干扰、使用寿命较短、随着使用年限的增加导致故障率升高等缺点，给实际生产带来很多困扰，不仅使生产效率大幅降低，同时也会增加生产成本。
风机在我国有着广泛的应用，它具有降温、冷却、除尘、通风等作用。调速风机大致可以分为两种：第一种是电动机的转速会发生变化，风机随着电动机转速的改变而改变，从而达到变速的目的，另一种是电动机的转速保持不变，在风叶和电机之间安装一个能够变速的调速器，通过调速器改变风叶的转速，从而达到变速的目的。
传统的风机调速系统调节方式是对风门或者阀门的开关进行调节，这种调节方式存在诸多缺点，例如损耗电流大、调速缓慢等。在高性能永磁材料的问世以及磁力传动技术的不断完善的背景推动下，一种新兴的节能调速装置随之问世——永磁调速器。
本文设计的基于永磁调速原理的风机变速系统属于在风叶和电机间安装一个调速器的风机系统，这种风机系统不用改变电机的转速就能实现调速的效果，操作更加简单方便，而且自身的柔性启动会对设备起到一定的保护作用。其中永磁调速器可以实现无机械接触式传递扭矩，具有绿色无污染、高效节能、设备寿命长、适应多种恶劣环境等优点。永磁调速器让生产效率和利益实现最大化,永磁调速器可以达到098%的调速范围，并且实现1050%的节电率。除此之外，永磁调速器的机械结构简单可靠，便于维修拆装，能够适用于包括电网电压波动大、谐波严重、易燃易爆、潮湿、粉尘等恶劣的工作环境还具有无需外接电源、隔离振动、绿色无污染、无电磁波干扰、效益高等诸多优点。
1.2 国内外研究概况及未来发展趋势
我国是能耗大国，但是能源储备不足，由于能源利用率较低，每年会浪费大量能源。在我国全部的工业负载之中，风机与泵所占的比例为40%～50%（按能耗计算），用电量约占全国总用电量的31.3%，这些负载每年需耗费电量上千亿千瓦时。我国风机与泵的实际运行效率普遍比工业先进国家低10%以上，大量的能源消耗和浪费不仅不利于国家发展，也会对环境造成污染，所以开展风机与泵的节能、降耗工作是非常必要的，可以最大程度上节约能源，减少对环境的污染，符合我国国情的需要，有利于我国的可持续发展战略要求。
电力调速和变频技术被成功引入，提供了一种替代传统节流控制的高效节能技术，业内已成为了节能调速行业的主流。 变频调速系统存在以下问题：?1.高效率是以高昂资本开支为代价的；2.由于大规模电力电子器件的使用，对国家电网造成了严重的谐波污染。突出的缺点注定着变频调速不会取得长期的发展与进步，也不符合可持续发展战略要求。
在高性能永磁材料的问世以及磁力传动技术的不断完善的背景推动下，一种新兴的节能调速装置随之问世——永磁调速器。永磁调速器安装在电动机与风机之间，利用永磁体磁场与感应磁场间的作用力传递转矩，实现了扭矩从电机到风叶的非接触式传递，并且可根据负载的需求实时地调节永磁调速器，从而调节输出转矩与转速。
20世纪30年代，永磁传动就已经被人们提出，不过受于当时科技水平较低，对该领域缺乏认识，导致基本没有太大进展。1946年，由英国HMD无泄漏磁力泵公司研发的第一台磁力传动泵成功问世并推向市场，从此该技术受到了广泛的关注。20世纪80年代，由于新的稀土永磁材料的问世，磁力传动领域进入了前所未有的辉煌发展阶段。磁力驱动传递扭矩的能力相比较提高了34倍，能够实现的最大功率的传递已达到了400千瓦，同时设备的使用寿命想比较于之前也得到了大幅度的提升。至此，人们研究的主题主要集中在同步式永磁耦合器。1998年，一种全新的涡流式永磁耦合器由美国的马格纳福斯所提出，因为其可以实现对离心式风机泵的调速功能，人们称该耦合器为永磁调速器。该永磁调速器的主要原理是通过调节导体转子与永磁转子间气隙实现负载调速，该永磁调速器一经上市，就受到了市场的广泛关注。2009年10月，一种全新的永磁调速技术出现，它是通过调节耦合面积实现调速，近些年来国内永磁调速的发展取得了空前的进步，虽然和发达国家有些差距，但随着我国科学技术在该领域的快速发展，我国一定会在永磁调速领域上达到世界领先的水平。
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第一章 绪论 1
1.1 课题的目的和意义 1
1.2 国内外研究概况及未来发展趋势 1
第二章 永磁调速器的结构及其工作原理 4
2.1 风机调速系统的分类及工作原理 4
2.2 永磁调速器的分类及工作原理 4
2.3 风机系统及永磁调速器的装置结构分析 5
2.3.1风机系统及永磁调速器总体结构分析 5
2.3.2永磁转子的结构分析 7
2.3.3导体转子的结构分析 9
2.3.4调速机构的结构分析 11
第三章 主要零件材料的选择及确定 14
3.1 导体环材料的选择 14
3.2 导体筒材料的选择 14
3.3永磁体材料的选择 15
第四章 应用Magnet对装置中的关键参数进行仿真、分析、优化 16
4.1 三维涡流的分布 16
4.2 三维磁场的分布 17
4.3 输出转矩及输出功率的计算分析 18
4.4耦合面积对输出转矩及输出功率的影响 20
4.5永磁体厚度对输出 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
转矩及输出功率的影响 23
4.6永磁体个数对输出转矩及输出功率的影响 25
4.7导体环厚度对输出转矩及输出功率的影响 27
4.8气隙厚度对输出转矩及输出功率的影响 29
第五章 应用Manget对永磁调速器进行模拟验证 31
5.1负载最高转速1480rpm的模拟仿真 31
5.2 负载最低转速500rpm的仿真模拟 38
第六章 总结与展望 40
6.1 总结 40
6.2 展望 40
参考文献 42
致谢 43
第一章 绪论
1.1 课题的目的和意义
随着科技水平的日益提高，应用在石油、石化、电力、矿山、钢铁、化工、水泥等行业的传统的变频调速技术在实际生产过程中存在着许多缺点，例如工作环境要求较高、易受电磁波干扰、使用寿命较短、随着使用年限的增加导致故障率升高等缺点，给实际生产带来很多困扰，不仅使生产效率大幅降低，同时也会增加生产成本。
风机在我国有着广泛的应用，它具有降温、冷却、除尘、通风等作用。调速风机大致可以分为两种：第一种是电动机的转速会发生变化，风机随着电动机转速的改变而改变，从而达到变速的目的，另一种是电动机的转速保持不变，在风叶和电机之间安装一个能够变速的调速器，通过调速器改变风叶的转速，从而达到变速的目的。
传统的风机调速系统调节方式是对风门或者阀门的开关进行调节，这种调节方式存在诸多缺点，例如损耗电流大、调速缓慢等。在高性能永磁材料的问世以及磁力传动技术的不断完善的背景推动下，一种新兴的节能调速装置随之问世——永磁调速器。
本文设计的基于永磁调速原理的风机变速系统属于在风叶和电机间安装一个调速器的风机系统，这种风机系统不用改变电机的转速就能实现调速的效果，操作更加简单方便，而且自身的柔性启动会对设备起到一定的保护作用。其中永磁调速器可以实现无机械接触式传递扭矩，具有绿色无污染、高效节能、设备寿命长、适应多种恶劣环境等优点。永磁调速器让生产效率和利益实现最大化,永磁调速器可以达到098%的调速范围，并且实现1050%的节电率。除此之外，永磁调速器的机械结构简单可靠，便于维修拆装，能够适用于包括电网电压波动大、谐波严重、易燃易爆、潮湿、粉尘等恶劣的工作环境还具有无需外接电源、隔离振动、绿色无污染、无电磁波干扰、效益高等诸多优点。
1.2 国内外研究概况及未来发展趋势
我国是能耗大国，但是能源储备不足，由于能源利用率较低，每年会浪费大量能源。在我国全部的工业负载之中，风机与泵所占的比例为40%～50%（按能耗计算），用电量约占全国总用电量的31.3%，这些负载每年需耗费电量上千亿千瓦时。我国风机与泵的实际运行效率普遍比工业先进国家低10%以上，大量的能源消耗和浪费不仅不利于国家发展，也会对环境造成污染，所以开展风机与泵的节能、降耗工作是非常必要的，可以最大程度上节约能源，减少对环境的污染，符合我国国情的需要，有利于我国的可持续发展战略要求。
电力调速和变频技术被成功引入，提供了一种替代传统节流控制的高效节能技术，业内已成为了节能调速行业的主流。 变频调速系统存在以下问题：?1.高效率是以高昂资本开支为代价的；2.由于大规模电力电子器件的使用，对国家电网造成了严重的谐波污染。突出的缺点注定着变频调速不会取得长期的发展与进步，也不符合可持续发展战略要求。
在高性能永磁材料的问世以及磁力传动技术的不断完善的背景推动下，一种新兴的节能调速装置随之问世——永磁调速器。永磁调速器安装在电动机与风机之间，利用永磁体磁场与感应磁场间的作用力传递转矩，实现了扭矩从电机到风叶的非接触式传递，并且可根据负载的需求实时地调节永磁调速器，从而调节输出转矩与转速。
20世纪30年代，永磁传动就已经被人们提出，不过受于当时科技水平较低，对该领域缺乏认识，导致基本没有太大进展。1946年，由英国HMD无泄漏磁力泵公司研发的第一台磁力传动泵成功问世并推向市场，从此该技术受到了广泛的关注。20世纪80年代，由于新的稀土永磁材料的问世，磁力传动领域进入了前所未有的辉煌发展阶段。磁力驱动传递扭矩的能力相比较提高了34倍，能够实现的最大功率的传递已达到了400千瓦，同时设备的使用寿命想比较于之前也得到了大幅度的提升。至此，人们研究的主题主要集中在同步式永磁耦合器。1998年，一种全新的涡流式永磁耦合器由美国的马格纳福斯所提出，因为其可以实现对离心式风机泵的调速功能，人们称该耦合器为永磁调速器。该永磁调速器的主要原理是通过调节导体转子与永磁转子间气隙实现负载调速，该永磁调速器一经上市，就受到了市场的广泛关注。2009年10月，一种全新的永磁调速技术出现，它是通过调节耦合面积实现调速，近些年来国内永磁调速的发展取得了空前的进步，虽然和发达国家有些差距，但随着我国科学技术在该领域的快速发展，我国一定会在永磁调速领域上达到世界领先的水平。
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