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浙江大學教授研制成功世界上首臺高效節能三維永磁電機
文: 來源:久瑞物流機械 時間:2010/1/26 點擊:2564

帶著巨大驢頭的抽油機不緊不慢一上一下運動著,是人們腦海中典型的油田景觀。隨著采油機的緩速運動,石油從地底處被提出,成為人類現代生活必不可缺的重要能源。但抽油機本身也是一架大胃口的吃電機器,據統計,僅大慶油田,傳統抽油機一年的耗電費用是600個億。但這一持續了多年的駭人數字有望隨著浙江大學研制成功的“三維永磁電機”的普及使用而降低50%。

“三維永磁電機”發明人,浙江大學電氣工程學院教授葉云岳介紹說,抽油機是油田生產的主要設備, 抽油機的驅動都是通過大速比的減速器來實現。從設備成本上分析,因為要實現緩速直線運動,減速箱、皮帶輪、20余米長的游梁、驢頭,都是必不可缺的機械部件,而其中僅減速箱一項,就已經與電動機等價;從運動成本上算,因為省去了種種中間環節,“三維永磁電機”無功損耗下降92.5%,有功耗電量下降了50%以上。不僅如此,因為機械結構的改變,一臺機器減少占地面積近一畝。

要說明“三維永磁電機”的原理,要從傳統電機與直線電機的區別說起。1821年,英國科學家法拉第證明了電力可以轉變為旋轉運動。此后,直流電機和交流電機相繼問世,但它們在工作時都是轉動的,適用于用旋轉驅動的工具,比如汽車、螺旋漿等等。但如果需要做直線運動,比如傳輸帶、起重機等,就需要增加把旋轉運動變為直線運動的一套裝置。幾十年前,科學家研制出一種專門用于直線運動的電機——直線電機,并在郵局、機場等得到應用,磁懸浮列車就是用直線電機來驅動的。與旋轉電機相比,它不需要包括齒輪在內的連桿等中間轉換裝置,就能把電能直接轉變為作直線運動的機械能。

浙江大學電氣學院教授葉云岳的名字,始終與中國直線電機的發展聯系在一起。從他的畢業論文算起,葉教授從事這一行,已經有30年了。“谷歌”一下“葉云岳”,出現的條目無不與“直線電機”聯系在一起。幾十年的理論與應用結合的研究,使他帶領的浙江大學直線電機與現代驅動研究所研究團隊成為了我國頂級的直線電機研究機構。在他的指導和參與下,誕生了我國最大的直線電機生產企業并成為在納斯達克上市的公司。作為項目負責人,他除了完成、參與完成了多項國家863項目和浙江省、貴州省重大專項外,還誕生了多個第一:世界首臺直線電機沖壓機,世界首臺超節能復式永磁電機抽油機;國內首條國產化高速郵政包刷分揀機,國內第一條自行研制的同步直線電機磁浮試驗線,國內第一條直線電機地鐵試驗線。

但葉云岳說,普通的直線電機也并不能滿足抽油機等大型設備的效率要求,主要的難題是體積要小,功率卻要大,這與普通電動機的基本原理是相悖的。2005年,北京一家研究機構帶著難題慕名來到浙江大學直線電機與現代驅動研究所找葉云岳,此后,葉云岳開始研制專門用于驅動抽油機等大力距直線運動機械的電動機。一年后,他采用外轉子電機與盤式電機結構復合, 充分利用電機結構的空間,與范承志副教授等一起試制成功了世界上第一臺復合式達到了設計要求的“三維永磁電機”并已在中原油田試用了一年,效果盡如人意。

葉教授介紹說,三維永磁電機的整個結構形式與現有的各種永磁電機完全不同,它包括電機的鐵心結構、繞組形式以及材料的應用和加工方法等,在控制方法上也進行了創新。新型復式三維永磁電機的立體三維磁場更符合電機機電能量變換的要求,充分利用了電機的三維空間,與現在的各種低速大力矩盤式永磁電機相比,在同樣體面積下,力矩可顯著提高。在油田的石油開采中,抽油機是主要生產設備,它的用電量占總耗電量的大部分。如果新型雙盤面電機與外轉子電機復合的三維永磁電機能得到普遍應用,僅節能一項產生的經濟效益就可達千億元人民幣。該項目已于2006年得到浙江省科技計劃項目100萬的支持,申報相關發明和實用新型專利7個,已獲授權5個。該項目已在北京航天林泉石油裝備有限公司投入生產,大慶等油田已開始批量定購該產品。

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