永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大都采用三相（xiàng）異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳（chuán）動鏈冗長、效（xiào）率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈（shěn）陽（yáng）工（gōng）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合（hé）設計研發的球磨機、立磨機采（cǎi）用永磁直驅電機（jī）,通過將電動機與（yǔ）機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能（néng）直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效（xiào）率（lǜ）與功率（lǜ）因數，具有節能、起動轉矩（jǔ）大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。 在控製方麵,本產品電機定（dìng）子采用了（le）模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機（jī）。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但（dàn）是不增加電機的輸入電流，電機（jī）不必采用高等（děng）級（jí）絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器（qì）聯合供電，這樣設計降低了電（diàn）機的供電電壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成本。每個模塊電機都具有（yǒu）一套（tào）獨立的控製係統，大大提升了電機控（kòng）製的自由度，球磨（mó）機運行（háng）在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 在結構方麵，本產（chǎn）品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動（dòng）式結構，將整圓的定子分成若（ruò）幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確（què）定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構（gòu）。本產品通過（guò）機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發（fā）生（shēng）掃膛現象，因（yīn）此電機的氣（qì）隙（xì）可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大（dà）幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節（jiē）約稀土資源，節能用電量。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（kě）正常運行（háng）。使用本產品完（wán）全不會因電機發生故障而影響到生產工期。 2、球磨機專用隨動式（shì）永磁直驅電機概述 本產品（pǐn）的隨動式定子（zǐ）結構構成一種“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（zhuǎn）相當（dāng）於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪（lún）與地麵貼合，即滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪（lún）貼合滾筒，保證（zhèng）定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨（mó）損、滾（gǔn）筒形變、重載震動等原因（yīn）造成電（diàn）機偏（piān）心（xīn）、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（tài），不必停機檢修。同時電機定子與（yǔ）轉子（zǐ）間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結（jié）構，電機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式結構,基於（yú）模塊化永磁直驅電機，采（cǎi）用獨立的扇形定子塊結構，其隨（suí）動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪（lún）且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間（jiān）隙，定子塊徑向（xiàng）外側設有與（yǔ）支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處（chù）於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓（yā）縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈（dàn）性機構將其向上頂，保證下方定子塊（kuài）的滾輪（lún）依然貼（tiē）合轉筒外表麵，使定子塊跟（gēn）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（jiān）的間隙不變。球磨機（jī）滾筒向下複（fù）位或繼續向下波動，則上方（fāng）定（dìng）子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的（de）同（tóng）時，彈性機構將上（shàng）方其向下壓,下方定子塊被（bèi）轉筒向（xiàng）下壓。 本產品彈性裝（zhuāng）置的壓力大小可調，對於不同（tóng）位置的定子塊設（shè）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（zhuǎn）筒磨損較快（kuài）。 本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設（shè）計采用不同個數的（de）隨動式定子塊構成一台（tái）模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用（yòng）同一個轉子，模塊電機包繞式安裝（zhuāng）在球磨機滾筒上。相鄰（lín）隨動式（shì）定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的（de）限位。球磨機滾筒（tǒng）的（de）法（fǎ）蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心（xīn）及（jí）磁鋼。 本產品的隨動式定子塊安裝拆（chāi）卸十分便捷，隻需要沿（yán）球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、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機驅（qū）動係統的優點 現階段大多數的球磨機（jī）仍采用三相（xiàng）感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同（tóng）步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效（xiào）率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機（jī）通過變頻器進行調速，電機運（yùn）行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用（yòng）越來越廣泛的原因。 采（cǎi）用永磁直驅，取消了（le）中（zhōng）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（chuán）動效率將提升（shēng）至（zhì）少20%。球磨（mó）機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便（biàn），還避免了傳統設備因（yīn）漏油造成環境汙染。 由於本產（chǎn）品電機定子采用了（le）模塊化設計，不僅降低了加工，製（zhì）造，運輸等難度（dù），還相當（dāng）於（yú）把一個大功率電機（jī）做成了多個小功率電（diàn）機。模（mó）塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電（diàn）壓，但（dàn）是（shì）不（bú）增加（jiā）電機的輸入電流，電機不（bú）必采用高等（děng）級絕（jué）緣，模塊化電機采（cǎi）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（yǐ）隻運行（háng）部分模塊電機驅動球磨機。 傳統電機（jī）故障時（shí），會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波（bō）含量（liàng）增加，平（píng）均（jun1）轉矩下降，轉矩波動顯著增（zēng）加，無法繼（jì）續正常運行。而（ér）本產品進行了（le）模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製係統，大大提（tí）升了（le）電（diàn）機控製的自由度,可以利用其多電機結構（gòu）和控製靈活的優（yōu）勢，在發生故（gù）障時。可以直接拆卸故障電機更換（huàn）新的模（mó）塊電機即可正常運行。模（mó）塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘（yú）正（zhèng）常（cháng）子模（mó）塊降額（é）運行（háng）。使用本產品完（wán）全不會因電機（jī）發生故（gù）障而影響到生產（chǎn）工（gōng）期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變（biàn）或（huò）重（chóng）載產生（shēng）震動等因素會發生轉子偏（piān）心（xīn）現象，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增加（jiā）氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導（dǎo）致永磁（cí）體用量增加，提高（gāo）電機製造成（chéng）本。隨動式（shì）定子結構的模塊電機，能在轉筒偏（piān）心時保證定子（zǐ）與（yǔ）轉子之間的間隙（xì）恒定，可將氣隙做的更小，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子結（jié）構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長（zhǎng），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、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點（diǎn）( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性 傳統立磨速度單一，工況適應能力（lì）差。遇到突發事件，調整（zhěng）磨鞮高度來改變係統（tǒng）工作環境，係統反應速度慢。永磁同（tóng）步電機采用變頻調速，適應工況能力（lì）強（qiáng）。遇到突發事件，除調整磨輾高（gāo）度外，還增加了速度調節以快速適應係統（tǒng）工作環境，係統反應速度更快。 (2）係統（tǒng）簡單（dān）,可靠性高 傳統係統因三相感應電機無法在低速實現（xiàn）大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝（chōng）擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減（jiǎn）速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統（tǒng）運行的輔助設備很多。直驅係統由（yóu）變頻（pín）控（kòng）製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係（xì）統和減速器，輔助係統（tǒng）少，結構簡單。 (3）變頻器軟起動，起動過（guò）程（chéng）隨意設（shè）定（dìng） 傳統係統（tǒng）先由低速（sù）盤車係統起動，待三相感應電機（jī）達（dá）到（dào）起動條件後，軟（ruǎn）起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提（tí）高到三相感應電機（jī）起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控（kòng）製簡（jiǎn）單。變頻控（kòng）製起動過程可根據（jù）實際工況（kuàng）進行調整，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（jiǎn）速器，維護成本更低,維護次數少 係（xì）統各（gè）構成單元均需（xū）要時常檢查和定期（qī）維護，傳統（tǒng）係統構成單元多。同（tóng）時立磨減速（sù）器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係（xì）統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡（jiǎn）單（dān），變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需（xū）額（é）外進行維護，係統維護成（chéng）本低。同時（shí），係統可實現在電機低（dī）速運行情（qíng）況（kuàng）下進行係統維護。 (5）傳動效率高,節能效果明顯 綜上（shàng）采用直驅永磁電機取代傳統驅動（dòng）係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤（kūn）磨機直驅係統的優勢與球（qiú）磨機直驅係統相同，這（zhè）裏不再（zài）一（yī）—贅述。 2、永磁直驅立磨結（jié）構示意圖 本新型（xíng）立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效（xiào）率。在立磨扶正（zhèng）軸承與壓力軸承上進行突破，通過設（shè）計一種雙向載荷扇形模（mó）塊機構替代大直徑軸（zhóu）承，方便加工、生產、運（yùn）輸、裝配、維修（xiū），並降低成（chéng）本（běn）,在工程實際中具有很強的實用型（xíng）。 針對大、中、小型不同尺寸的立磨（mó），分別設計了三種立磨專用永磁電機（jī），代替傳統的減速（sù）機與三相異步電動機，永磁直驅電機（jī）具有雙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（wéi）護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
