永磁直驅球磨機、立磨機
1、技（jì）術背景（jǐng） 傳（chuán）統的球磨機（jī）、立磨機大都采用（yòng）三相異步電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機（jī）的傳動係（xì）統存在（zài）機械傳動鏈（liàn）冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問（wèn）題。 沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南91视频网機電設備有限公司聯（lián）合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁（cí）直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳（chuán）輸的中（zhōng）間環節，做成直驅方案，能直（zhí）接滿足荷載的需求，省去傳統磨（mó）機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因（yīn）數，具有節能、起動（dòng）轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度（dù）高等優點。 在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當於把（bǎ）一個大功率電（diàn）機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓（yā），但是不增加（jiā）電機的輸入電（diàn）流，電機（jī）不必采用高等級絕（jué）緣。模塊化電機采用多台小功率（lǜ）變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻（pín）器容量，從而降（jiàng）低（dī）成本。每個模塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）機控製（zhì）的（de）自由（yóu）度，球磨機運行在輕載工況時，完全可（kě）以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 在結構方麵，本產品電機的定子采用了（le）一種自主設計研發的（de）隨動式（shì）結構，將整圓的定子分成若幹個相互存（cún）在間隙的小扇形（xíng）塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟（gēn）隨轉筒運動從而保持定（dìng）子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電（diàn）機的氣隙可以設計（jì）的比普通永磁直（zhí）驅電機的小很多，從而（ér）大幅降低電（diàn）機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊（kuài）發生故障（zhàng）時，直接拆卸故障電機（jī），更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不（bú）會因電機發生故障（zhàng）而影響到生產工期。 2、球磨機專用（yòng）隨動式永磁（cí）直驅（qū）電機概述 本產品的隨動式定子結構構成（chéng）一種“小車（chē）結構”，滾筒就像公路，定（dìng）子（zǐ）塊就像（xiàng）汽車。滾輪貼合滾（gǔn）筒旋轉相當於汽車在公路行駛（shǐ），公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒（tǒng）偏心（xīn）浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變、重（chóng）載震動等原因造成電機（jī）偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終（zhōng）運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間（jiān）隙也可以做的更小（xiǎo），減少永磁體用量，並且因為隨動式結（jié）構，電機不（bú）會發生掃膛現象。 本產（chǎn）品電機的（de）定子為隨動式結構,基於模塊化永磁（cí）直（zhí）驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸（zhóu）向兩側安裝滾輪且滾輪貼（tiē）合滾筒來確定定子與轉子（zǐ）間的（de）間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架（jià）相連的彈性機構。彈（dàn）性（xìng）機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒（tǒng）會向上頂定子塊上安裝（zhuāng）的滾輪，進而帶動定子塊向上移（yí）動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到（dào）永磁體對其向上的吸引（yǐn）力的同時，定（dìng）子塊（kuài）上的（de）彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪（lún）依然貼合（hé）轉筒外表麵（miàn），使定子塊跟（gēn）隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動（dòng），從而保證定子、轉子之（zhī）間（jiān）的間隙不變。球（qiú）磨機（jī）滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁（cí）體對其向下的吸（xī）引（yǐn）力的同時，彈性機構將上方其向下（xià）壓,下（xià）方定子塊被轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓力大小（xiǎo）可調，對（duì）於不同位置的定子塊設置不（bú）同的壓力,避免因彈性裝（zhuāng）置設置（zhì）的（de）壓力過大造成滾輪（lún）或轉筒磨損較快。 本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據（jù）不（bú）同功率的電機（jī）設計采用不（bú）同個數的（de）隨動式定子塊構成一（yī）台模塊（kuài）電機，一台整圓電（diàn）機由多台模塊電機構成,多台（tái）模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在（zài）球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上（shàng）的擋（dǎng）板來（lái）對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式定子塊安（ān）裝拆卸十分便捷，隻需要沿球（qiú）磨機的徑向依次拆（chāi）卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與（yǔ）定子（zǐ）塊（kuài）之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向（xiàng）拉出，進行檢修或更換新的定子（zǐ）塊。 3、采用本產品代替傳統磨機的電機（jī）驅動係（xì）統的優點 現階段大多數的球（qiú）磨機仍采（cǎi）用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低（dī），節約了能（néng）源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相（xiàng）對困（kùn）難。這些（xiē）也是近年來永磁電機應用越來（lái）越廣泛（fàn）的原因。 采用永（yǒng）磁直（zhí）驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨（mó）機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升（shēng），而且直（zhí）驅係統的故（gù）障率低（dī），維護檢修方便，還避免了傳統設（shè）備因漏油造成環境汙染。 由於本產品電機定（dìng）子采用了模塊化設計，不僅降低（dī）了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個（gè）小功率電機（jī）。模塊化電機的控製技（jì）術可以實現（xiàn）降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的（de）輸入電流，電（diàn）機不必采用（yòng）高等級絕緣，模塊化電（diàn）機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而（ér）降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生（shēng）畸變，諧波（bō）含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個（gè）模塊電機都具有一套獨立的（de）控製係統（tǒng），大大（dà）提（tí）升了電機控製的自由度,可以利用（yòng）其多電（diàn）機結構和控製靈活的優（yōu）勢，在發生故障時。可以直接拆（chāi）卸（xiè）故障電機更換新的模塊電（diàn）機即（jí）可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可（kě）切（qiē）除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本（běn）產品完全不（bú）會因電機發生故障而（ér）影響到生產工期。 球磨機因加（jiā）工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載（zǎi）產生震動等因素會發生（shēng）轉（zhuǎn）子偏心現象（xiàng），偏心嚴重（chóng）時還會造成電（diàn）機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過（guò）增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式（shì）定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時（shí）保證定子與轉子之間的（de）間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生（shēng）掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常（cháng）工作，檢修次數更少，工作時間（jiān）更長，大體積球磨機（jī）檢修複雜，降（jiàng）低檢（jiǎn）修次數就是提高生產效率。 4、隨動式球（qiú）磨機裝配示意圖 二、永磁（cí）直驅立磨技術 1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性 傳統立磨速度（dù）單一，工況適應能力差。遇（yù）到（dào）突發（fā）事件，調（diào）整磨鞮高度來改變係統工（gōng）作環境，係統反應（yīng）速（sù）度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇（yù）到突發事（shì）件，除調整（zhěng）磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。 (2）係統簡單,可靠性高 傳統係統因三相感應電（diàn）機無法（fǎ）在低速實（shí）現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保（bǎo）證在電機（jī）起動過程不（bú）對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動（dòng）後，通過減速器滿足係統（tǒng）轉（zhuǎn）矩需（xū）要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由（yóu）變頻控製係統控（kòng）製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需（xū）盤車係（xì）統和減速器，輔助係統少，結構簡（jiǎn）單。 (3）變頻器軟起動，起動過（guò）程隨意設定 傳統係統先由低速盤（pán）車係統起動，待三相感應（yīng）電（diàn）機達到起動條件後，軟起（qǐ）動裝置起動三相感應電機，係統運行。係（xì）統控製複雜（zá），低速無法實現過載輸出（chū）。在低速過程需要盤車（chē）係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係（xì）統控製（zhì）簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調（diào）整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起（qǐ）動（dòng）需要，取代盤車係統（tǒng）。 (4）無減速器，維護成本更低,維護次數少 係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成（chéng）單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速（sù）運行（háng）的情況下進行係統維護。直驅係統（tǒng）構成單元（yuán）簡單，變頻器控製（zhì）永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內（nèi）無減速器，無（wú）需額外進行維護，係統維護（hù）成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。 (5）傳動效率高,節能效（xiào）果明顯 綜上采用直驅永磁電機取（qǔ）代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨（mó）機直驅（qū）係統的（de）優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意圖 本新型立磨結構采用永（yǒng）磁直驅電機驅動,提高了立磨效（xiào）率。在立磨（mó）扶正軸承與壓力軸承上（shàng）進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝（zhuāng）配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。 針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁（cí）電機，代替傳統的減速機與三相（xiàng）異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載（zǎi）荷機構與不同的放置位置，均（jun1）能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省（shěng）成本。均已（yǐ）申請（qǐng）專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
