永磁直（zhí）驅球磨機、立磨機
1、技術背景（jǐng） 傳統的球磨（mó）機、立磨機大（dà）都（dōu）采用三（sān）相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進（jìn）行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複（fù）雜（zá）、運行維護工作量大等問題。 沈陽（yáng）工業大學電（diàn）機與控製技術研（yán）究所與河南91视频网機電設（shè）備有限公司聯（lián）合設計研發的球磨機、立磨機采用永（yǒng）磁直驅電機,通過將電動機與機械結構（gòu）進（jìn）行機電一體化設計（jì），取消動（dòng）力傳輸（shū）的中間環節，做成（chéng）直（zhí）驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去（qù）傳統磨機的減速機，顯著提高了（le）電（diàn）機的效率與功率因數，具（jù）有節能、起（qǐ）動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化（huà）程度高等優點。 在控製方麵,本產（chǎn）品（pǐn）電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加（jiā）工、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功率電（diàn）機做成了多個小功率電機。模塊化電機（jī）的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不（bú）必采用高（gāo）等級（jí）絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設（shè）計（jì）降低了電機的（de）供電（diàn）電壓和使用的（de）變（biàn）頻器容量，從而降低成本。每（měi）個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的（de）自由度，球（qiú）磨（mó）機運行（háng）在輕（qīng）載工況時，完全可以隻運（yùn）行部分模塊電機驅動球磨機。 在結構方麵，本（běn）產品電機的定子采用了一種自主設計研發（fā）的隨動式結構（gòu），將整圓的定子分成若幹（gàn）個相互存在（zài）間（jiān）隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一（yī）種無論球磨（mó）機轉筒（tǒng）是否震動或（huò）偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子（zǐ）間隙恒定的結構。本產品（pǐn）通過機械（xiè）結構設（shè）計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃（sǎo）膛現（xiàn）象，因此電機的氣隙可以設計的比（bǐ）普通永磁直驅電機的（de）小很多，從而大幅降低電（diàn）機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源（yuán），節能用電量。當（dāng）模塊發生（shēng）故障（zhàng）時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電（diàn）機即（jí）可正常運（yùn）行。使用本產品完（wán）全不會因（yīn）電機發生故障而（ér）影（yǐng）響到（dào）生產工期。 2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述 本產品（pǐn）的隨動式定子（zǐ）結構構（gòu）成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在（zài）公路行駛，公路的起伏不影響車輪（lún）與地麵貼合，即滾筒偏心浮（fú）動不影響滾輪貼合滾筒，保證定（dìng）子、轉（zhuǎn）子間隙恒（héng）定，在球磨（mó）機因裝配誤差、軸承磨損（sǔn）、滾（gǔn）筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證（zhèng）磨機始終運行在（zài）性能狀態，不必停機檢修。同時電機定（dìng）子與轉子間的間（jiān）隙也可以做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，並且（qiě）因為隨動（dòng）式結構，電機不會發生掃膛現象。 本（běn）產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直（zhí）驅電機，采用獨立的（de）扇形定子（zǐ）塊結（jié）構，其隨動原理是在定子（zǐ）塊的軸向兩側安裝滾輪且（qiě）滾（gǔn）輪貼合滾筒來確定定子（zǐ）與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機（jī）構。彈性機構在球磨（mó）機滾筒不偏（piān）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（shàng）安裝的滾（gǔn）輪，進而帶動定子塊向（xiàng）上移動（dòng），上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構（gòu）將其向上頂，保證下（xià）方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵（miàn），使定子（zǐ）塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複（fù）位或（huò）繼續向下波動，則（zé）上方定子塊在受到（dào）永磁（cí）體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓（yā）,下方定子塊被轉筒向下壓。 本產（chǎn）品（pǐn）彈（dàn）性裝置（zhì）的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊（kuài）設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒（tǒng）磨損較（jiào）快。 本產品將永磁電（diàn）機（jī）采用模塊化控製，根據不同功率（lǜ）的（de）電機設計采用（yòng）不同個數的隨動式定子塊構成一台模（mó）塊電（diàn）機（jī），一台整圓電機由多台模塊電機構（gòu）成,多台模塊（kuài）電機共用同一個轉（zhuǎn）子，模塊電機包（bāo）繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在（zài）支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向（xiàng）的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜（xián）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（kuài）安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機（jī）構、彈性機構與定子塊（kuài）之間的連接杆、彈性機構支（zhī）撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢（jiǎn）修或更換新的定子塊。 3、采用本產品代替傳統磨機的電（diàn）機驅動係統的優點 現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機（jī）、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行驅（qū）動。永磁同步（bù）電機與感應電（diàn）機相比優（yōu）勢是它有較高的效率和功率（lǜ）因數，損耗大大降低，節約了能源（yuán）。永磁電機通過變頻器進行調速（sù），電機運行平穩，係統（tǒng）響應速（sù）度快，感應電機則起動相對困難。這些也是（shì）近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。 采用永（yǒng）磁直驅，取消了中（zhōng）間的減速（sù）機、聯軸器、及齒輪的傳動環（huán）節（jiē），縮短係統的（de）傳動鏈，直驅係統（tǒng）的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到（dào）大幅提升，而且直驅係統的故障率（lǜ）低，維護檢（jiǎn）修方便，還避免了傳統設備因漏（lòu）油造成環境汙染。 由（yóu）於本（běn）產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加（jiā）工，製造，運（yùn）輸（shū）等難度，還相當（dāng）於（yú）把一個大功（gōng）率（lǜ）電機做成了多個小功（gōng）率電機。模塊化電機的控製技術可（kě）以實現降低大功（gōng）率電機的輸入電壓，但是不增加電機的（de）輸入電流，電機不必采用高等（děng）級絕（jué）緣，模塊化電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，從而降低成本（běn）。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行（háng）部分模（mó）塊電機驅動球磨機。 傳統電機故障時，會（huì）導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法（fǎ）繼續正常運行。而本產品（pǐn）進行了模塊化設計，每（měi）個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電（diàn）機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換（huàn）新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故（gù）障子模塊而控製其餘正（zhèng）常子（zǐ）模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影（yǐng）響到生產工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴（yán）重時還會造成電機掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產中常常通過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（tí）高電機製造成本。隨動式（shì）定（dìng）子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子（zǐ）之（zhī）間的間（jiān）隙恒定，可將氣（qì）隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定（dìng）子結構在偏心時（shí）能繼續正常工作，檢（jiǎn）修次數更少，工作（zuò）時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修（xiū）次數就是提高生產效（xiào）率。 4、隨動式球磨機裝配示意（yì）圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨（mó）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（kuàng）多樣性（xìng） 傳統立磨速度單一，工況適（shì）應能力差。遇到突發（fā）事（shì）件（jiàn），調整磨鞮高度（dù）來改變係統工作環境，係統反應速（sù）度慢。永磁同步電機（jī）采用變（biàn）頻調速，適應工況（kuàng）能力（lì）強。遇到突發事件，除調整（zhěng）磨輾高度外，還增加（jiā）了速度調節以（yǐ）快速適應係統工作環境（jìng），係統反（fǎn）應速度更快。 (2）係統簡單,可（kě）靠性高（gāo） 傳統係統因三相感應電機無法在低速（sù）實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速（sù）起動（dòng）。為保證（zhèng）在（zài）電機起動過程不對（duì）電網造成過（guò）大的衝擊，需增加（jiā）軟起動裝置。三相感應電（diàn）機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整（zhěng）個係統構成複雜，係（xì）統運行的輔助（zhù）設備很多。直驅係統由變頻控（kòng）製係統控製永磁同步（bù）電機起動，轉矩特（tè）性滿足需要，無需盤車係（xì）統和減速器，輔助係統少，結構簡單。 (3）變頻器軟起（qǐ）動，起動過程隨意設定 傳統（tǒng）係統先由低速盤車係統起動（dòng），待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機（jī），係統（tǒng）運行。係統控製複雜，低速（sù）無法實現過載輸出。在低（dī）速過程需要盤車（chē）係（xì）統，將轉速提（tí）高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起（qǐ）動，係統直接運（yùn）行（háng），係統控製簡單。變（biàn）頻（pín）控製起動過程（chéng）可根據實際工況進行（háng）調（diào）整（zhěng），以滿足各種工況（kuàng）的需求（qiú）。低速可過載輸出（chū），滿足起動（dòng）需要，取代盤（pán）車係統。 (4）無減速器，維護（hù）成本更低,維（wéi）護次數少 係統各構成單元均需要時常檢查和定（dìng）期維護，傳統係統構成單元多。同（tóng）時立磨減速器結構複雜需要經常（cháng）維護，維護成本（běn）費用高。同時係統（tǒng）無法實現在低速（sù）運行的（de）情況下進行係統維護（hù）。直驅係統（tǒng）構成單元簡單（dān），變（biàn）頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係（xì）統內無（wú）減速器（qì），無需額（é）外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實（shí）現在電機低速運行情（qíng）況（kuàng）下進行係統維護。 (5）傳動效率高（gāo）,節能效果明顯 綜上采（cǎi）用直驅永磁電機取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（kūn）磨機直驅係統（tǒng）的優勢與球磨機直驅係統相（xiàng）同，這裏不再一—贅述。 2、永磁直（zhí）驅立磨結（jié）構示意圖（tú） 本新型立磨結（jié）構采用永磁直驅電機（jī）驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突（tū）破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承（chéng），方便加工、生產、運輸（shū）、裝配、維修，並降低成本（běn）,在工程實際中具有很強的實用型。 針對大、中、小型（xíng）不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用（yòng）永磁電機，代替傳（chuán）統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙（shuāng）向載荷機構與不同的放置位置，均能（néng）達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節（jiē）省成本（běn）。均已申請專 利。
永磁直驅礦用（yòng）球磨機 
