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摘要：永磁调速器（Adjustable Permanent Magnetic Coupler， APMC）相比传统的变频调速技术，具有维护方便、容忍对中误差、减小振动传递、避免产生电力谐波污染以及电磁干扰等诸多优点，已经成功应用于电力、石油化工等行业中。本文对永磁调速器的工作原理、磁路结构以及磁力传递转矩的原理进行了深入系统地研究，这些研究工作对永磁调速器的产品化有着重要意义。
关键词：永磁调速器；磁路设计；磁路结构
永磁调速器的工作原理
永磁调速器的导体转子与永磁转子可以自由的独立旋转；当电机带动导体转子旋转时，导体盘切割永磁转子中永磁体的磁力线，在导体表面产生涡流，进而形成了感应磁场；根据异性相吸、同性相斥的原理，相邻感应磁场对永磁体产生耦合力，即相邻感应磁场对永磁体的吸力与斥力；这两种力在旋转方向相叠加，从而带动永磁转子沿着与导体转子相同的方向转动，结果在负载侧输出轴上产生转矩，从而带动负载做旋转运动。
气隙调节装置通过调节永磁体和导体之间的气隙，控制传递的转矩，从而获得可调整的、可控制的、可重复的负载转速，实现负载速度调节；气隙调节裝置除了能够实现基本的手动控制外，还能实现闭环电气控制，该装置的手轮可以与步进/伺服电机相连，工控装置通过控制步进/伺服电机的转速和转向，驱动手轮调节气隙，从而控制永磁调速器的输出转矩与转速，达到负载调速的目的。
永磁调速器的磁路设计
永磁调速器作为一种变功率调速设备，可根据负载需求手动/电气控制输出的转速与转矩，实现真正的绿色节能，是节能调速领域中的重大技术创新。但是由于永磁材料的价格昂贵，使永磁调速器在使用方面受到了一定的限制，因此在永磁调速器的设计中，对磁力传动部分的磁路设计，进行认真的研究分析，制造出性能好、成本低，适用于各种不同工作条件下的永磁调速器是十分重要的。永磁调速器的磁路部分是指由导电体、工作气隙、永磁体以及软磁体等所组成的部件。由于磁路的设计任务和要求在于建立保证工作气隙中具有设计确定的磁场强度，即保证设备工作时所需要的磁力或磁转矩达到要求的前提下，力求得到一个具有最高的磁稳定性和最小磁路体积的永磁调速器。因此选择最佳的磁路形式、配置性能优越的永磁材料，确定最佳的磁路尺寸和具有良好的结构性能及满足一定机械强度要求的材料选择和结构件，就成为永磁调速器磁路设计中应当考虑的重要问题。
永磁调速器磁路结构配置时应考虑如下问题：
（1） 保证气隙中按设计要求所给出的磁力及磁转矩，提供一个最佳的磁场强度；
（2） 耦合运动磁场的稳定性好，磁路体积小；
（3） 选定良好的材质和足够的机械强度。
进行磁路结构方式的最佳配置，选择最理想的磁路形貌，通过永磁体之间的规律性排列组成一个磁通量近于密闭的磁路，营造出磁路中能够满足设计要求的耦合运动磁场，是永磁调速器设计中一个极为重要的环节。
风机或泵类负载中永磁调速器的应用
通常风机或水泵在启动过程中，加速度很大，造成流量或压力冲击。电机在合闸瞬间，启动电流超出额定工作电流的十几倍甚至几十倍，使得变压器、配电设备短期严重过载，造成电压跌落甚至启动失败，严重时还可能烧毁电机。由于启动过程扭矩变化大，使得电机和风机或水泵的轴承及油封承受很大的径向和轴向冲击，增加了轴承和油封的磨损，使维修频度增加，维护成本提高。
永磁调速器可以实现软启动，即在初始位置时调速器两端气隙处在最大状态，电机启动后，与电机连接的导体盘很快达到电机的额定转速，这样导体盘与永磁体之间有相对的速度差，逐渐减小两者之间的间隙，产生的磁感应力将带动永磁体转动。随着间隙减小，与负载连接的永磁体转动速度逐渐加快，传递的扭矩逐渐增大，直至等于负载转矩，实现定速转动。此外，永磁调速器还可以在一定范围内通过调整导体与永磁体之间气隙的距离，实现调速功能。
永磁调速器在全速运行时传递效率可达98%左右。与其它调速节能技术相比，输出转速为输入转速的80%以上时，永磁调速器的传递效率最高，小于80%时，仅次于变频器。但它有很多性能优于变频器，与变频调速相比，永磁调速器调速依靠磁场，使电机与负载完全隔离，隔绝冲击和振动的效果好。另外，变频设备易产生谐波，对环境要求高，故障率高，维护费用高，而永磁调速器调速过程不会造成电流谐波和电磁干扰，其功率因数取决于电机本身，无需高成本的有源滤波器进行补偿，很容易达到电网功率因数的要求，其他的优点还有设备寿命延长、维修率下降、运行负担的减少、可在严酷条件下运行等等。
参考文献：
1. Bergqvist A， Engdahl G. Magnetic drive pumps for the chemical industry [J]， World Pumps， 2005， 43（7）： 162-167.
2. Peng Ying， RuanJiangjun， Zhang Yu and Gan Yan. A composite grid method for moving conductor eddy-current problem [J]， IEEE Transactions on Magnetics， 2007， 43（7）：3259-3265.
3. 周砚江，潘科荣，陈军. 电磁悬浮式微驱动器的有限元分析研究[J]，仪器仪表学报，2009，30 （9）： 1935-1939.
作者介绍：
盛肖炜（1987.09--），男，汉族，江苏无锡人，硕士，讲师，研究方向：电力电子与电力传动
关键词：永磁调速器；磁路设计；磁路结构
永磁调速器的工作原理
永磁调速器的导体转子与永磁转子可以自由的独立旋转；当电机带动导体转子旋转时，导体盘切割永磁转子中永磁体的磁力线，在导体表面产生涡流，进而形成了感应磁场；根据异性相吸、同性相斥的原理，相邻感应磁场对永磁体产生耦合力，即相邻感应磁场对永磁体的吸力与斥力；这两种力在旋转方向相叠加，从而带动永磁转子沿着与导体转子相同的方向转动，结果在负载侧输出轴上产生转矩，从而带动负载做旋转运动。
气隙调节装置通过调节永磁体和导体之间的气隙，控制传递的转矩，从而获得可调整的、可控制的、可重复的负载转速，实现负载速度调节；气隙调节裝置除了能够实现基本的手动控制外，还能实现闭环电气控制，该装置的手轮可以与步进/伺服电机相连，工控装置通过控制步进/伺服电机的转速和转向，驱动手轮调节气隙，从而控制永磁调速器的输出转矩与转速，达到负载调速的目的。
永磁调速器的磁路设计
永磁调速器作为一种变功率调速设备，可根据负载需求手动/电气控制输出的转速与转矩，实现真正的绿色节能，是节能调速领域中的重大技术创新。但是由于永磁材料的价格昂贵，使永磁调速器在使用方面受到了一定的限制，因此在永磁调速器的设计中，对磁力传动部分的磁路设计，进行认真的研究分析，制造出性能好、成本低，适用于各种不同工作条件下的永磁调速器是十分重要的。永磁调速器的磁路部分是指由导电体、工作气隙、永磁体以及软磁体等所组成的部件。由于磁路的设计任务和要求在于建立保证工作气隙中具有设计确定的磁场强度，即保证设备工作时所需要的磁力或磁转矩达到要求的前提下，力求得到一个具有最高的磁稳定性和最小磁路体积的永磁调速器。因此选择最佳的磁路形式、配置性能优越的永磁材料，确定最佳的磁路尺寸和具有良好的结构性能及满足一定机械强度要求的材料选择和结构件，就成为永磁调速器磁路设计中应当考虑的重要问题。
永磁调速器磁路结构配置时应考虑如下问题：
（1） 保证气隙中按设计要求所给出的磁力及磁转矩，提供一个最佳的磁场强度；
（2） 耦合运动磁场的稳定性好，磁路体积小；
（3） 选定良好的材质和足够的机械强度。
进行磁路结构方式的最佳配置，选择最理想的磁路形貌，通过永磁体之间的规律性排列组成一个磁通量近于密闭的磁路，营造出磁路中能够满足设计要求的耦合运动磁场，是永磁调速器设计中一个极为重要的环节。
风机或泵类负载中永磁调速器的应用
通常风机或水泵在启动过程中，加速度很大，造成流量或压力冲击。电机在合闸瞬间，启动电流超出额定工作电流的十几倍甚至几十倍，使得变压器、配电设备短期严重过载，造成电压跌落甚至启动失败，严重时还可能烧毁电机。由于启动过程扭矩变化大，使得电机和风机或水泵的轴承及油封承受很大的径向和轴向冲击，增加了轴承和油封的磨损，使维修频度增加，维护成本提高。
永磁调速器可以实现软启动，即在初始位置时调速器两端气隙处在最大状态，电机启动后，与电机连接的导体盘很快达到电机的额定转速，这样导体盘与永磁体之间有相对的速度差，逐渐减小两者之间的间隙，产生的磁感应力将带动永磁体转动。随着间隙减小，与负载连接的永磁体转动速度逐渐加快，传递的扭矩逐渐增大，直至等于负载转矩，实现定速转动。此外，永磁调速器还可以在一定范围内通过调整导体与永磁体之间气隙的距离，实现调速功能。
永磁调速器在全速运行时传递效率可达98%左右。与其它调速节能技术相比，输出转速为输入转速的80%以上时，永磁调速器的传递效率最高，小于80%时，仅次于变频器。但它有很多性能优于变频器，与变频调速相比，永磁调速器调速依靠磁场，使电机与负载完全隔离，隔绝冲击和振动的效果好。另外，变频设备易产生谐波，对环境要求高，故障率高，维护费用高，而永磁调速器调速过程不会造成电流谐波和电磁干扰，其功率因数取决于电机本身，无需高成本的有源滤波器进行补偿，很容易达到电网功率因数的要求，其他的优点还有设备寿命延长、维修率下降、运行负担的减少、可在严酷条件下运行等等。
参考文献：
1. Bergqvist A， Engdahl G. Magnetic drive pumps for the chemical industry [J]， World Pumps， 2005， 43（7）： 162-167.
2. Peng Ying， RuanJiangjun， Zhang Yu and Gan Yan. A composite grid method for moving conductor eddy-current problem [J]， IEEE Transactions on Magnetics， 2007， 43（7）：3259-3265.
3. 周砚江，潘科荣，陈军. 电磁悬浮式微驱动器的有限元分析研究[J]，仪器仪表学报，2009，30 （9）： 1935-1939.
作者介绍：
盛肖炜（1987.09--），男，汉族，江苏无锡人，硕士，讲师，研究方向：电力电子与电力传动