磁涡流耦合传动技术及产品简介

磁涡流耦合传动技术及产品简介

何重远

磁涡流耦合传动技术是一种无需机械连接即可实现扭矩（动力）传递的崭新技术，这种耦合传动方式是对传统的电机驱动方式的革命性突破。

磁涡流耦合传动技术，简称ECT（EDDY CURRENT TRANSMISSION）技术

采用ECT技术制造的装置称为“ECT装置”。

采用ECT技术设计制造的电机联轴器称为“ECT耦合器”。

采用ECT技术设计制造的具有变速功能的装置称为“ECT变速器”。

一．磁涡流耦合传动技术的发展和现状

美国MagnaDrive公司于1999年对磁涡流耦合传动技术（即永磁磁力耦合驱动技术）的研究获得了革命性地突破，其研发制造的永磁磁力耦合联轴器和永磁磁力耦合变速器的实际运用证明，该技术可以大大减少电机能耗，减少电机系统震动，维护简单，节省费用，在电机驱动领域具有广阔的应用前景。

该技术被美国《工业周刊》杂志评为2001年度科技奖，并获得年度最佳创新奖，同年受到美国能源部的嘉奖。2004年该公司被美国Inc. 500评为全美成长最快的500家私人企业之一，同年又被评为北美成长最快的100家高科技企业之一。

由于该技术的创新发明，使人们对节能概念有了全新的认识。在短短的几年中，永磁耦合驱动技术已经渗透到众多采用电机的行业。

磁涡流耦合技术和产品于2007年进入中国，中石化、钢厂、电厂等行业率先试用，部分企业还对ECT装置的试用运行状况作了详细记录并作了节能计算和分析，所有的分析报告都对ECT变速器优异的节能效果予以肯定（见下表）。迄今国内企业累计已有一千多台ECT装置在运行。

二．ECT产品结构形式和分类方法

为使ECT产品满足工程运用中各种场合下的工况和功能需求，ECT产品开发制造商设计制造了多种结构形式、规格和功能特点的ECT产品，这些产品可分类如下：

●按耦合转子结构形状不同分类：园盘型转子耦合结构

园筒型转子耦合结构

●按气隙是否可调整分类：固定气隙产品 -- ECT耦合器

可调气隙（或面积）产品 -- ECT变速器

●按冷却方式分类：空冷型产品 (适用功率范围：2KW-500KW)

水冷型产品（适用功率范围：500KW-4000KW）

●按安装方式分类：卧式安装型产品

立式安装型产品

另外，根据现场负载轴承受能力的实际情况，空冷型产品在输出侧还可以配置刚性支撑座以强化ECT装置与负载轴的安装连接刚性。

园筒型转子耦合结构的ECT变速器在工作运行中是通过改变筒型导体转子（主动部件）与筒型磁体转子（从动部件）之间的磁耦合面积来改变输出转速和转矩。

ECT耦合器的磁耦合传动原理与ECT变速器完全相同。二者的区别是：ECT耦合器在安装调试完成后气隙大小已经固定，无气隙（耦合面积）调整机构和变速功能。

空冷型ECT装置通过自身高速旋转产生的风扇效应来排除热量。功率在500kw以上(最大可达4000kw)的ECT产品采用水冷方式散热，为此需配置可实现热交换的水循环散热装置。

三．ECT传动技术原理简介

用于电机系统的ECT产品主要有两种，即ECT变速器和ECT耦合器。

（一）盘型转子耦合结构ECT变速器的基本工作原理（见图一）

图一带支撑座ECT变速器示意图

ECT变速器主要由与电机连接的导体转子（安装有铜或铝导体盘）、与负载轴连接的磁体转子（内置钕铁硼永磁体）和气隙执调节机构三个主要功能部件组成。

当电机旋转使导体盘在永磁体产生的强力磁场中切割磁力线时，导体盘中即产生涡电流，而此涡电流在导体盘上又产生反向感应磁场，两磁场的耦合作用形成扭矩，带动磁体盘转子作旋转运动，从而实现电机与负载间的扭矩传递。

导体盘与磁体盘之间的间隙称为“气隙”（或磁隙）。气隙愈大，磁耦合扭矩愈小，负载转速愈低；气隙愈小，磁耦合扭矩愈大，负载转速愈高（见图二）。

气隙愈小扭矩愈大气隙愈大扭矩愈小

图二盘型结构磁隙调速原理

来自导体盘的输入扭矩总是等于与负载连接的磁体盘的输出扭矩（忽略ECT本身的少量功耗。）。由此可见虽然电机以额定转速高速运转，但电机消耗的功率并不等于电机额定功率,而是取决于驱动负载所需要的扭矩大小。这是ECT传动技术最基本的节能原理之一。

（二）筒型转子ECT耦合器的基本工作原理（见图三）

图三筒型结构ECT耦合器示意图

筒型ECT耦合器由筒形导体转子和筒形磁体转子（内置钕铁硼永磁体）两个功能部件组成。

当电机旋转使导体转子在永磁体产生的强力磁场中切割磁力线时，导体转子中即产生涡电流，而此涡电流又产生反向感应磁场，两磁场的耦合作用形成扭矩，带动磁体转子作旋转运动，从而实现电机与负载间的扭矩传递。

筒形ECT变速器主要由与电机连接的导体转子（安装有铜或铝导体盘）、与负载轴连接的磁体转子（内置钕铁硼永磁体）和气隙调节机构三个主要功能部件组成。

筒形ECT变速器在运行中，可以通过气隙调节机构改变导体与磁体之间的耦合面积，耦合面积愈大，磁耦合扭矩愈大，负载转速愈高；耦合面积愈小，磁耦合扭矩愈小，负载转速愈低。

四．ECT装置与同步式永磁耦合装置和磁滞式永磁耦合装置的区别

同步式永磁耦合传动装置的主从两部件均采用永磁体（典型应用：反应釜搅拌磁力泵）建立磁场，通过两套永磁体的相互耦合作用传递扭矩。磁滞式永磁耦合传动装置的主从两部件均采用磁滞材料，通过磁滞材料建立的磁场耦合传递扭矩。而ECT装置的导体部件在永磁体磁场中切割磁力线，导体中即产生涡电流，此涡电流在导体上又产生反向感应磁场，通过两磁场的耦合作用传递扭矩。ECT装置与同步式和磁滞式永磁耦合转动装置工作原理的不同在于：当ECT装置处于静止状态，其导体部件没有涡流产生。当导体部件与永磁体部件存在相对运动时，导体中产生的涡电流是ECT装置传递扭矩的必要条件。

五．ECT技术节能原理和运用领域

ECT装置最适用于离心泵、风机等离心负载设备。

所谓离心负载设备是指工作特性曲线符合相似定律的设备，即：“流量Q变化与转速n 变化成正比”；“压力H变化与转速n变化的平方成正比”；“负载功率P变化与转速n变化的立方成正比”。

例如：当风机转速降到额定转速的70％时，流量亦减至70%，而风机轴功率则下降到额定功率的（70％）3≈ 34％；

因此，当采用ECT变速器来降低离心负载设备的转速以减少流量来达到节流目的时，负载轴的轴功率消耗将有很大下降。

传统的电机-离心负载（风机或离心泵）系统是通过调整风门挡板和阀门的开度来控制流量和（或）压力。众所周知，由于无法避免挡板阻力损耗，这种调节方式节流不节电。当采用ECT技术对电机-离心负载（风机或离心泵）系统进行节能改造完成后，原有挡板和阀门将全部打开，管路畅通无阻，通过调节ECT变速器气隙（或耦合面积）改变负载转速，即可以获得可观的节能效果。

根据ECT装置在离心负载领域的大量运用实例统计，节电率可达 20–60%。

ECT产品在石油化工、冶金、电厂、矿山、水泥、造纸、市政供水、废水处理、灌溉、建筑及采暖空调等行业领域具有十分广阔的应用前景。

六．变频器的在实际运用中存在的问题

变频调速技术具有可无极调速、调速范围宽，精度高、响应快、效率高、节电效果显

著、功能多等特点。变频器问世以来经过数十年不断改进优化，已成为工业电机驱动领域广泛运用的调速节能技术。

尽管变频调速技术相对成熟，成果显著，但在实际运用中仍然存在如下问题：

1.变频器是一个复杂的电子设备，对安装使用环境要求较高，否则易受环境影响和外部

干扰，这些干扰和影响包括：电网电流冲击、负载堵转冲击、外界电磁干扰、雷击、粉尘、环境温度等。根据对用户使用情况的调查统计，多数企业曾遇到变频器出现不可预见的运行故障，严重的还造成生产流程中断。故障出现过一次，往后次数往往逐年增加，直至停用报废。

2.变频器的故障一般需要生产厂家或服务型技术公司指派专业人员承担，用户难以自行

排除。故障原因的判断和修复时间事先往往难以确定，更换器件和维修费用又相对高昂。

3.为避免变频器发生故障对生产的冲击，有的用户不得不储备成套维修备件以防不时之

需。变频器电子器件价格昂贵，长期存储不用又有失效报废的风险。

4.变频调速运行中会产生高次谐波，破坏电网质量。尽管变频器制造技术已经达到很高

水平，但谐波干扰可以减小但难以完全消除。

5.对于采用变频器的节能改造项目，电机与负载（风机/水泵）仍保持原有的机械刚性

连接方式，则这种传统连接方式存在震动等诸多问题仍然得不到解决和改善。

6.低压（如380V）变频器技术成熟，价格相对低廉。中高压（如6,000V、10,000V等）

变频器随电压的增高所对应的价格增长幅度变化很大，总体价格较高。变频器使用寿命一般8到10年，中高压变频器使用寿命低于低压变频器。

七．ECT装置在离心负载领域运用特点

与变频器比较，ECT装置具有许多变频器所不具备的特点。这些特点是：

1. ECT装置是纯机械设备，不需要供电电源，不会对电网产生谐波污染；

2. ECT装置的动力传递是通过磁隙耦合完成，因而安装时可容忍对中误差。由于电机和

负载(风机/水泵)自身的震动被气隙隔离，相互传递被阻断，使系统的震动大大降低，有利于延长设备轴承、密封的寿命；实验证明，系统震动降低可达60%-80%。

3. 可实现软启动。

4. ECT变速器是纯机械装置，结构相对简单，属于少维护、免维护设备；

5. ECT装置运行寿命长达25年；

6. ECT装置对安装运行条件要求不高，可适用于如下场合和环境：

●中高压电机系统；

●对谐波或电磁波干扰要求高的场合；

●环境恶劣场合(如：露天、有粉尘、有害气体等)；

●电机或负载存在且难以排除之场合；

●工作系统存在周期性堵转；

●脉冲型负载场合；

●设备受热涨冷缩影响，对中不易场合。

八．结束语

1. 在解决电机驱动系统节能问题上，变频调速技术取得了显著的经济效益。ECT技术的

问世，为电机驱动系统增添了一种崭新的高效节能解决方案。变频技术和ECT技术各有特点，各有其最佳的使用环境和运用领域，随着ECT技术的深入推广和运用，最终或许会在离心负载领域形成二者共存共荣的局面。

2. 目前ECT技术和产品主要用于设备节能改造项目。相信不久会有愈来愈多的新投产

项目在设计规划阶段就将ECT产品直接纳入项目计划中。

3. 国家发改委已把“永磁涡流柔性传动节能技术”（即磁涡流耦合传动技术）列入第

五批《国家重点节能技术推广目录》，计划在2015年总计投入45亿元人民币用于该技术的推广应用。因此，加速对ECT技术的研究，大力开发具有自主知识产权的ECT产品，根据用户需求，设计制造不同结构形式、不同运用场合、不同价位的通用和专用的ECT 产品，并形成批量、大幅降低生产制造成本，满足国内市场可能出现的旺盛需求，这对我国电机节能减排事业具有重大的经济意义和现实意义。

2014年8月1日