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浙大教授研制成功世界上首台高效节能三维永磁电机

发布时间:2008-02-26来源:作者:浏览次数:31109


    带着巨大驴头的抽油机不紧不慢一上一下运动着,是人们脑海中典型的油田景观。随着采油机的缓速运动,石油从地底处被提出,成为人类现代生活必不可缺的重要能源。但抽油机本身也是一架大胃口的吃电机器,据统计,仅大庆油田,传统抽油机一年的耗电费用是600个亿。但这一持续了多年的骇人数字有望随着浙江大学研制成功的“三维永磁电机”的普及使用而降低50%。
    
    “三维永磁电机”发明人,浙江大学电气工程学院教授叶云岳介绍说,抽油机是油田生产的主要设备, 抽油机的驱动都是通过大速比的减速器来实现。从设备成本上分析,因为要实现缓速直线运动,减速箱、皮带轮、20余米长的游梁、驴头,都是必不可缺的机械部件,而其中仅减速箱一项,就已经与电动机等价;从运动成本上算,因为省去了种种中间环节,“三维永磁电机”无功损耗下降92.5%,有功耗电量下降了50%以上。不仅如此,因为机械结构的改变,一台机器减少占地面积近一亩。
    
    要说明“三维永磁电机”的原理,要从传统电机与直线电机的区别说起。1821年,英国科学家法拉第证明了电力可以转变为旋转运动。此后,直流电机和交流电机相继问世,但它们在工作时都是转动的,适用于用旋转驱动的工具,比如汽车、螺旋浆等等。但如果需要做直线运动,比如传输带、起重机等,就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置。几十年前,科学家研制出一种专门用于直线运动的电机——直线电机,并在邮局、机场等得到应用,磁悬浮列车就是用直线电机来驱动的。与旋转电机相比,它不需要包括齿轮在内的连杆等中间转换装置,就能把电能直接转变为作直线运动的机械能。
    
    浙江大学电气学院教授叶云岳的名字,始终与中国直线电机的发展联系在一起。从他的毕业论文算起,叶教授从事这一行,已经有30年了。“谷歌”一下“叶云岳”,出现的条目无不与“直线电机”联系在一起。几十年的理论与应用结合的研究,使他带领的浙江大学直线电机与现代驱动研究所研究团队成为了我国顶级的直线电机研究机构。在他的指导和参与下,诞生了我国最大的直线电机生产企业并成为在纳斯达克上市的公司。作为项目负责人,他除了完成、参与完成了多项国家863项目和浙江省、贵州省重大专项外,还诞生了多个第一:世界首台直线电机冲压机,世界首台超节能复式永磁电机抽油机;国内首条国产化高速邮政包刷分拣机,国内第一条自行研制的同步直线电机磁浮试验线,国内第一条直线电机地铁试验线。
    
    但叶云岳说,普通的直线电机也并不能满足抽油机等大型设备的效率要求,主要的难题是体积要小,功率却要大,这与普通电动机的基本原理是相悖的。2005年,北京一家研究机构带着难题慕名来到浙江大学直线电机与现代驱动研究所找叶云岳,此后,叶云岳开始研制专门用于驱动抽油机等大力距直线运动机械的电动机。一年后,他采用外转子电机与盘式电机结构复合, 充分利用电机结构的空间,与范承志副教授等一起试制成功了世界上第一台复合式达到了设计要求的“三维永磁电机”并已在中原油田试用了一年,效果尽如人意。
    
    叶教授介绍说,三维永磁电机的整个结构形式与现有的各种永磁电机完全不同,它包括电机的铁心结构、绕组形式以及材料的应用和加工方法等,在控制方法上也进行了创新。新型复式三维永磁电机的立体三维磁场更符合电机机电能量变换的要求,充分利用了电机的三维空间,与现在的各种低速大力矩盘式永磁电机相比,在同样体面积下,力矩可显著提高。在油田的石油开采中,抽油机是主要生产设备,它的用电量占总耗电量的大部分。如果新型双盘面电机与外转子电机复合的三维永磁电机能得到普遍应用,仅节能一项产生的经济效益就可达千亿元人民币。该项目已于2006年得到浙江省科技计划项目100万的支持,申报相关发明和实用新型专利7个,已获授权5个。该项目已在北京航天林泉石油装备有限公司投入生产,大庆等油田已开始批量定购该产品。
    
    (欣文 涵冰)