永磁直驅球磨機、立磨機（jī）
1、技術背（bèi）景 傳（chuán）統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動（dòng），導（dǎo）致球磨機的傳（chuán）動係統存（cún）在機（jī）械傳動鏈冗長（zhǎng）、效率低、機構複雜、運行（háng）維護工作量大等問題。 沈陽（yáng）工業大學電機與控製技術研究（jiū）所與河南（nán）全（quán）新機（jī）電（diàn）設備有限公司（sī）聯合設（shè）計（jì）研發的球磨（mó）機、立磨機采用（yòng）永磁直驅電機,通過將電動機與機（jī）械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的（de）中間環節，做成直驅方（fāng）案，能直接滿足荷（hé）載的需求，省（shěng）去傳統磨機的減速機，顯著提（tí）高了電機的效率與功率因數，具有（yǒu）節能、起動轉矩大、過載能力（lì）強（qiáng）、係統免（miǎn）維護、自動化程度（dù）高等優點。 在控製方麵,本產品（pǐn）電機定子采用了模塊化（huà）設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當（dāng）於把一個大功率電機做成了多個小功（gōng）率電機。模塊化電機的控製技術可以實（shí）現降低大功率電機的輸入電壓（yā），但是不增加電機的輸入電流，電（diàn）機（jī）不必采用高等（děng）級絕緣。模塊化電（diàn）機采用多台小功率變頻（pín）器聯合供電（diàn），這樣設（shè）計降低了（le）電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模（mó）塊電機都具有一套獨立（lì）的控製係統，大大提升了電機控製的自（zì）由度，球磨機運行在（zài）輕（qīng）載（zǎi）工況時，完全可以隻運行部分（fèn）模塊（kuài）電機驅動球磨機。 在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種（zhǒng）自主設計研（yán）發的隨動式（shì）結構，將整圓的定子分成若幹（gàn）個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結（jié）構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏（piān）心，定（dìng）子塊始終跟隨轉（zhuǎn）筒運動從而保持定（dìng）子與轉子間隙（xì）恒定的結（jié）構。本產（chǎn）品（pǐn）通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙（xì）恒定，電機（jī）不會發生掃膛現象，因此電機的氣（qì）隙可以設（shè）計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低（dī）電機永（yǒng）磁體用量，降低生產成本（běn），節約稀土資源，節能（néng）用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機（jī）發生故障而影響到生產工期。 2、球（qiú）磨（mó）機專用隨動式永磁直驅電機概述 本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公（gōng）路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路（lù）行駛，公路（lù）的起伏不影響車輪（lún）與地（dì）麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定（dìng）子、轉（zhuǎn）子間（jiān）隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、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，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢（jiǎn）修。同時電機定子與轉子（zǐ）間的間隙也可以做的更（gèng）小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現（xiàn）象。 本產品電機（jī）的定子為隨動式結構,基於模塊化永（yǒng）磁直驅電機，采用獨立（lì）的扇形定（dìng）子塊結構，其隨動原（yuán）理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾（gǔn）筒（tǒng）來（lái）確定定（dìng）子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架（jià）相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半（bàn）壓縮（suō）狀態,如果球磨機滾筒向上波（bō）動，轉筒會（huì）向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動（dòng），上（shàng）方彈性機（jī）構繼續壓縮（suō）;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定（dìng）子塊（kuài）上的彈性機構將其向上頂，保證下方（fāng）定子塊的滾輪依然貼合轉筒外（wài）表麵，使定（dìng）子塊跟隨轉筒波動而（ér）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（biàn）。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方（fāng）其向下壓,下方定子塊被轉筒向下（xià）壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性（xìng）裝置設置（zhì）的壓力過大造成滾輪或轉筒磨（mó）損較快。 本產品將永磁電機采（cǎi）用模塊（kuài）化控製，根據不同（tóng）功（gōng）率的電機設計采用不同個數的隨動（dòng）式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電（diàn）機由多台模塊電機構（gòu）成,多台模塊電機（jī）共用同一（yī）個轉子，模塊電機包繞式安裝（zhuāng）在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板（bǎn）來對定子（zǐ）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裝拆卸十分便（biàn）捷，隻需要沿球磨機的（de）徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性（xìng）機構與定（dìng）子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行（háng）檢修（xiū）或更換新的定子塊。 3、采用本產品代（dài）替傳統磨機的電機驅動（dòng）係統的優點 現階段大多數的球磨機（jī）仍采用（yòng）三相感（gǎn）應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）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（gāo）的效（xiào）率（lǜ）和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機（jī）通（tōng）過變頻器進行調速，電機運行（háng）平穩，係統響（xiǎng）應速度快，感應電機則起動相對困難。這（zhè）些也是近年來永磁電機（jī）應用越來越廣泛的原因。 采（cǎi）用永磁直驅，取消（xiāo）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（dòng）效（xiào）率將提升至少20%。球磨機直（zhí）驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升（shēng），而且直驅係統的故障率低，維護（hù）檢修方便，還（hái）避免了傳統設備因（yīn）漏油造成環境汙染。 由於本產品電機定（dìng）子采用（yòng）了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工，製造（zào），運輸等難度，還相當於（yú）把一個大功率電機（jī）做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現（xiàn）降低大功率電機的輸入電壓（yā），但是不增加電機的輸入電流，電機不必（bì）采（cǎi）用高等級絕緣，模塊化電機采用（yòng）多台小功率變頻器聯合（hé）供電。這樣設計（jì）降低了電機（jī）的供電電壓和使用的變（biàn）頻器容量，從而降低成本。球（qiú）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（gù）障時，會導致電機合成磁動勢發生（shēng）畸變，諧波含量增加，平均轉矩（jǔ）下降，轉矩波（bō）動顯著增加，無法繼續（xù）正常運行。而本產品進行了模（mó）塊化設計，每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,可以利（lì）用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直（zhí）接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘（yú）的（de）模塊數，也可切除故障子（zǐ）模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產（chǎn）品完全不會因電（diàn）機發生故（gù）障（zhàng）而影響（xiǎng）到生產工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變或重載產生（shēng）震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產（chǎn）中常常通過增加氣隙大小（xiǎo）來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁（cí）體用量增加，提高電（diàn）機製（zhì）造成本。隨動式定子結（jié）構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與（yǔ）轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁（cí）體用量，電機不會發生掃膛現象（xiàng），同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工（gōng）作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。 4、隨動式球磨機裝配示意圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨（mó）直驅（qū）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（tǒng）立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件（jiàn），調整磨鞮高度來改變係統（tǒng）工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇（yù）到突發事件，除調整磨（mó）輾高度外，還增加了（le）速度調節以快速適應係（xì）統工作環境，係統（tǒng）反應速度（dù）更快。 (2）係統簡單,可靠性高 傳統係統因（yīn）三相感應（yīng）電機無法在低速實現大（dà）轉矩（jǔ）輸出，需要額外的盤車係（xì）統滿足立磨的低速起動。為保證（zhèng）在（zài）電機（jī）起動過程（chéng）不對電網造（zào）成過大（dà）的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩（jǔ）需要，整個係統構成複雜，係（xì）統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足（zú）需要，無需盤（pán）車係統（tǒng）和減速器，輔（fǔ）助係統少，結構簡單。 (3）變（biàn）頻器軟起動，起動過程隨（suí）意設定 傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動（dòng）裝置（zhì）起動三相感應電機，係統運行。係（xì）統控製複雜，低速無法實（shí）現（xiàn）過載輸出。在低速過程需要盤車係（xì）統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直（zhí）驅係統（tǒng）直接（jiē）變頻低速起動，係統（tǒng）直接運行（háng），係統（tǒng）控製簡單。變頻控（kòng）製起動過程可根據（jù）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，滿足起動（dòng）需要，取代盤車係統。 (4）無減速（sù）器，維護成本更低（dī）,維護次數少 係統各（gè）構（gòu）成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維（wéi）護，維護成本費用高。同時係統無法（fǎ）實現在低（dī）速運行（háng）的情況下進行係統（tǒng）維護（hù）。直（zhí）驅係統構（gòu）成（chéng）單元簡單，變頻（pín）器（qì）控製永（yǒng）磁同（tóng）步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護（hù），係統維護成本低。同（tóng）時（shí），係統可實現在電機低速（sù）運行情況下進行係統（tǒng）維（wéi）護。 (5）傳動效率高,節能效果明顯 綜上采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）立式鯤磨機直驅係統的優（yōu）勢與球磨機直驅係統相同（tóng），這裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意（yì）圖 本新型（xíng）立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力（lì）軸承上進行突破，通（tōng）過設計（jì）一種（zhǒng）雙向載荷扇形模塊（kuài）機構替（tì）代大直徑軸承，方便（biàn）加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成本,在工程（chéng）實際中具有很強的實用型。 針對大、中、小型不同尺寸的立（lì）磨，分別設（shè）計（jì）了（le）三種立（lì）磨專用永磁電機（jī），代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直（zhí）驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置（zhì），均能達到扶正（zhèng）與承壓的作（zuò）用，並且方便製造（zào）、裝配維（wéi）護，節省成本。均已申請（qǐng）專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
