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锚定传动“三要素”,尽现磁能之所能
2024-11-12 11:11
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  一、引言

  作为强力稀土永磁材料的矿藏和生产大国,当前“磁力机械学”尚未被纳入我国大学教育的学科体系之中。磁力应用产品可满足多个行业的应用需求,且成效显著。那么,“磁力机械”当之无愧地成为新质生产力的一大分支,永磁传动技术则是这一分支系统的重要支撑。

  蒸汽机开启了工业文明时代,电动机的广泛应用成就了第二次工业革命。如果把电动机比作工业社会的心脏,那么联轴器便是与之紧密相连的动脉血管。二十年前,源自美国的永磁联轴器(别名简称:磁偶)登场,引发一阵热潮,甚至荣获“一次工业革命”这般超高赞誉。反观这一现象,充分表明磁力传动技术在提升工业效能方面具有巨大潜力与独特价值

  数年后,西安巨舟电子设备有限公司的创始人凭借前期技术积累,察觉到美国技术的不足之处,经过不懈努力,成功研发出“自馈式-无铁芯”永磁传动技术。

  该技术不但弥补了国外同类技术的固有缺陷,还在能效提升、结构优化等方面取得显 著创新与突破,为磁力传动技术的发展开启了崭新篇章。本文旨在剖析这一技术的核 心优势,并展望其广泛的应用前景,为推动工业传动领域的高质量发展增光添彩。

  西安巨舟公司简介里有这样两幅楹联:

  “极尽磁力之所能,独具良品三要素。巨舟磁偶。”“了无内力掣双轴,根绝铁损呈柔性。联轴无忧。”

   

 

 

  二、项目背景与现有技术局限

  ()引进的美国技术及其缺憾

  磁力传动以“隔空传力”这一质变概念令人惊喜。近二十年来,美国的永磁传动技术在该领域始终占据主导地位,代表国际先进水平。但其存在的严重缺憾常被忽视。

  美国的永磁传动技术采用“互馈式”磁路架构,导体转子需配置馈磁铁板。该设计虽实现了主体传动功能,但转子间会产生巨大磁吸力会引发轴间力,给轴系带来不 可忽视的危害,同时,铁损会增加能耗。

  深入研究表明,该技术设计思路缺乏对实际应用的全面考量,导致产品存在诸多缺陷。以作为卖点的“柔启”和“限矩”两大附加功能为例,“柔启”功能设计存在因果倒置错误,无法实现;“限矩”功能理论上可行,但实际应用中难以采取可靠的密封润滑保障措施,缺乏可靠性依据,易误导设备保护系统,使其难以可靠响应。

  总之,该技术未能充分展现磁力传动应有的特性,给大规模技改带来额外的能耗和不容忽视的隐患。

  ()轴间力与铁损的双重挑战

  轴间力,一直是传动行业的一大顽疾。苛刻的对中要求既繁琐又耗时,并且在设备的运行过程中很难保持良好的对中状态。据权威统计,系统故障超过百分之五十是由对中不良引起,其本质原因就是存在轴间力。磁力传动的突出优势在于“隔空传力”,然而,“互馈式”架构的产品,转子间难免会存在巨大的磁吸力,持续作用在轴系上。轴间力不仅会对电机和工作机产生危害,还会导致轴承、密封等部件的磨损加剧,甚至可能引发断轴等严重故障。这不但影响了设备的稳定运行,还增加了企业的运维成本和安全风险。

  铁损,铁损是涡流磁力应用技术的痛点。铁芯在磁场中的涡流损耗和磁滞损耗不仅降低了传动效率,还增加了设备的发热量,对散热系统提出了更高的要求,并且高温又会复加损耗,尤其采用的经发热体散热的方式,是一种不合常理的权宜之计。

 

  三、技术创新、突破与挑战

  ()契合物理本征,巧合第一性原理

  凭借前期技术积累,西安巨舟公司的专利发明人洞察到这一缺憾,历经不懈努力,成功研发出自馈式无铁芯永磁传动技术。在研发的中期阶段,公司就制定了契合物理本征的创新理念,并经过多次改进,最终全面修正了传统技术的路径,有效地消除了破坏性因素,实现了更高效能的可靠应用。

  回顾这一技术的研发历程,我们不难发现,西安巨舟从最基本、最本质的原理和事实出发,将目标定位在实际需求上,通过严谨的逻辑推理,一步步建立设计模型,历经反复加工、组装、测试和改进,最终成功地将这一创新技术推向市场。

  (二)超越国际水平的性能表现

  具体优势如下:

  1.消除轴间力:以“自馈式-无铁芯”架构实现的产品,除了可在旋转方向上产生扭矩,其它方向上没有磁力作用,杜绝了轴间力的产生因素,使轴系免受损害。

  2. 提升能效:无需配置馈磁铁板,避免了铁损问题,直接提高了传动效率。实验 数据表明,能效比国标产品高约2%

  3.更易拆装,维护简便:主、从转子各呈自由状态,无需强制对中、对位,简化了安装与维护流程。

  4.安全性高:当设备紧固件意外松动出现剐蹭情况下,能够有效止损,避免发生重大事故。

   

  图2:架构与效果比较

  (三)行业贡献与标准化推进:

   

  图3:No Force,标准化推进

  

  西安巨舟,针对市场现状,提出了永磁联轴器的良品三要素:①转子不互吸—一规避轴间力;②各种损耗低——持久获效益;③柔性是刚需——真正缓冲击。并以思维导图的方式予以解析,足以引领行业发展方向。

   

  图4:良品三要素

  从图示“永磁联轴器的分类及其特性”中,可清晰地看出见差异。

  西安巨舟还针对当前我国基于美国技术的行业标准JB和国家标准GB存在的疏 漏,主编了《永磁联轴器技术要求及试验方法》团体标准。这一标准切实面对行业需求,定义了“轴间力”“柔性”和“损耗”等重要指标及其检测方法,为产品性能评价提供了必要的标准依据,显著提升了整个行业的标准化水平。

   

  图5:永磁联轴器分类及其特性


  四、市场表现与案例分析

  ()国内市场的应用效果

  实证案例(见论文《“自馈式一无铁芯”永磁耦合器在熟料输送机上的应用》,原载于《水泥》2021.No.3, 作者系某集团公司副总经理。)技改效果显著。

  技改效果

  5000t/d 回转窑每开启一次,电耗及煤耗直接费用约12万元,每年按两次 故障计算,可直接节约费用24万元,同时因故障停机给其他设备带来的隐形费用则无法估量。改造后由于运行平稳减少了减速机及电动机日常维护保养费用,且该耦合器无维护成本,上有卡达到了节能降耗和平稳运行的目的。

  

  改造经运行验证,由于永磁耦合器为非接触传力,可以消除多场合下因设备安装 中的“对中误差”引起的扭摆现象,永磁耦合器安装更便捷,除了检查紧固螺栓,永磁耦合器本体免维护,再不会因漏油问题产生环境污染风险,除了直接节电获益之外,其他获益更丰。

  此外,2021年,央视“崛起中国”专题节目,实地采访了两家用户企业,生产一线人员和负责人均对产品做出了很高的评价。2023年“我们的新时代”专题节目,以记录片形式,报道了西安巨舟的研发历程、产品定位以及科普讲解。

  ()国际市场开拓

  经国内用户举荐,目前公司产品已远销至非洲多国。这些成功案例不仅证明了西安巨舟产品的技术先进性和可靠性,更为公司进一步拓展国际市场奠定了坚实的基础。

  五、企格,突破与超越

 

  ()企格的定位

  从专利申报的时间节点能够推断,西安巨舟涉足永磁传动行业的时机丝毫不晚。它将跨学科、跨专业的知识积累当作创新的坚实基础,确立了企业的“企格”,明晰了突破与超越的目标方向。此后,西安巨舟静静地在 “专、精、特、新”的发展道路上稳步前行。

  ()逾越技术障碍,引领行业升级

  西安巨舟自2013年从非标产品的设计生产转型以来,一直专注于磁力机械行业 技术的自主研发与创新。市场上产品普遍存在轴间力大、铁损高、能效低等问题,西安巨舟敢于挑战,成功研发出“自馈式一无铁芯”永磁传动技术。这一技术的诞生,在关键性能指标上实现了行业补白,实现了对国际领先水平的超越,总结并定义的“良品三要素”,从理论上给出了所涉领域的发展方向,引领永磁传动行业的高质量升级。

  ()践行减碳理念,构建共赢生态

  在高质量发展的大背景下,减碳成为各行各业的重要任务。西安巨舟积极把减碳理念融入产品设计和生产环节。其“自馈式无铁芯”永磁传动技术通过降低铁损、优化散热系统、提高传动效率等手段,显著减少了设备运行过程中的能 源消耗和碳排放。同时,该技术还具备免维护、适应恶劣工况等优点,进一步延长了 设备使用寿命,降低了全生命周期的碳排放量,为企业的绿色发展提供了有力支持。

  为了实现永磁传动技术的更广泛应用和更高质量发展,公司与多家知名高校、科研院所建立了长期稳定的产学研合作关系,为用户提供定制化的传动解决方案和全方位的技术支持服务。通过构建共赢的产业生态,西安巨舟不仅推动了永磁传动技术的 普及应用,还为整个行业的转型升级和高质量发展注入了新的活力。

 

  六 、砥砺前行

  巨舟人是一众在创新道路上不懈追梦的行者,在不懈的探索中不断挑战所涉领域的物理极限。巨舟公司期待与各界同仁携手共进,共同追求卓越。在这个充满变局的时代,巨舟人愿为国家的繁荣昌盛贡献自己的力量,为高质量发展添上浓墨重彩的一笔。

  展望未来,西安巨舟将持之以恒地坚守契合物理本征的研发理念,以创新为强劲驱动力,不断推动“自馈式一无铁芯”永磁传动技术持续优化与升级。2024年初,全新的发明专利“一种各相分居式电机”成功获得授权。


  七、展望未来

  对于新质生产力与高质量发展,巨舟人历经数十年的创新历程,凝练出一句至简的格言:“合理的设计,是品保的根基!”

  顶层设计者绘就了宏伟蓝图,而创新成果的根本保障是将大政方针落实到最后一公里。

  高质量发展的要素是需求侧的执行力和专业化意识。唯有让百行千业用标准衡 量、用实践检验、用数据说话,新质生产力与高质量发展方能稳步迈进。

  

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