文 献 综 述
1.引言
随着经济社会的发展，环境问题越来越严重，而节能减排是解决当前中国空气污染问题的重大方针之一。在我国的电力消耗系统中，电机每年消耗的电量在全国总用电量中占很大的比例。风机和水泵在国民经济各部门中应用的数量众多, 分布面极广，耗电量巨大。目前，风机和水泵运行中还有很大的节能潜力。据估计，提高风机和水泵系统运行效率的节能潜力可达（300—500）亿kW·h/年，相当于6—10个装机容量为1000MW级的大型火力发电厂的年发电总量[1]。
目前的调速方式主要有三种，分别是液力耦合调速、变频调速和永磁调速。液力耦合器是液力传动元件利用液体的动能来传递功率的一种动力式液压传动设备。它具有可以实现无级调速，调速范围大等特点，广泛应用于大功率的泵和风机的变速调节。同时它属于一种耗能型的机械调速装置，调速效率低。变频调速是一种高效电气调速方式，有调速效率高、范围宽、精度高等优点，但是容易产生高次谐波，对电动机和电网有不良影响，使电动机和负载寿命降低[2]。永磁调速是国际上近几年发展起来的一项新的调速节能技术，永磁调速器是在永磁耦合器的基础上加入了调节机构，调节机构可以改变电机传递的扭矩，来实现可重复、可调整、可控制的输出扭矩和转速，以此达到节能的目的[3]。对比其他两种方式，永磁调速具有有效隔离降低振动、安装简单、运行可靠、无谐波污染电网、寿命长、维护费用少、环境要求低、与电压等级无关等特点[4]。
2.永磁涡流调速技术简介及原理
永磁传动技术集合材料技术、传动技术、制造技术于一体。在20世纪30年代，永磁传动技术就已经被人们提出。1995 年A. Wallace和C.Wohlgemuth[5]提出了圆盘式耦合器的模型，利用导体与永磁体之间的相对运动，在导体上产生涡流，进而产生感应磁场，通过感应磁场与磁体磁场的耦合来实现向负载传递转矩。1993年，永磁涡流调速由美国Magnaforce公司提出，1999年取得突破性进展，在原有的永磁传动技术和永磁耦合器的基础上，成功研制了第一台永磁调速器。永磁调速器按结构形式分为圆盘式和筒式结构，第一代永磁调速器即为圆盘式，结构和工作原理如图1所示，主要由导体转子、永磁转子和气隙调节机构三部分组成，导体转子与电机轴固定联接，永磁转子与负载轴固定联接。当电机运转带动导体转子运动时，导体转子在永磁转子产生的磁场中切割磁感线，从而在导体转子上产生涡流，而该涡流又感应出磁场，感应磁场和永磁场相互作用产生扭矩，带动负载运动，使动力从电机传到了负载。通过调节机构调节永磁体和导体转子之间的气隙间隙就可以控制输出转矩的大小，实现负载转速的调节[6]。
涡流发热是永磁涡流调速器必须解决的一个问题，为了保证正常工作，需要考虑冷却散热来控制永磁调速器的温升。按冷却方式，有风冷型、水冷型、油冷型，油冷在工程中应用不多。对于大功率的涡流调速器需要采用水冷降温，对于功率小于300kw的永磁调速器，可采风冷降温。风冷型结构简单，无需外接管路和设备，只需要有敞开的环境，自身就可以利用风流散热降温，维护工作量很少、要求低，但是功率使用范围较小；而水冷型产品需要外接冷却水源，水源要求必须为清洁水源，水质、水量、水温都有很高的要求，且水路设计复杂，故障点多，维护工作量大，但是具有功率使用范围大的优点[7]。
3.永磁涡流调速的研究现状
目前，对于永磁涡流调速器的研究主要集中在磁场分析、涡流损耗、结构参数对于调速性能的影响。国内外学者对永磁调速技术的发展做出了众多贡献。Ferreira[8]等基于麦克斯韦与虚功原理方法对径向式的永磁耦合器进行了二维及三维有限元的计算分析，得出三维有限元计算方法；Canova A[9-11]通过对径向式的磁涡流耦合器的定子与转子结构进行了优化设计，提出了在一定假设条件下，可以将永磁调速器的三维模型简化为二维模型，以此来分析气隙大小对转差速度和转矩之间的影响；Aldo[12]采用了二维解析法对盘式永磁涡流耦合器进行了磁场分析，并分析了结构参数对转矩的影响；李延民[13]对所研究的轴向式联轴器，通过仿真模型，利用有限元方法分析了永磁体关键参数对转矩特性的影响；吴北斗[14]对盘式永磁涡流联轴器进行了特性分析和优化设计，将Halbach 磁钢阵列应用在开槽结构的永磁涡流联轴器中，减小了转矩波动。以上研究大多针对盘式永磁涡流调速器进行研究。
