永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的（de）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，導（dǎo）致球磨機的傳動係統存在機械傳動（dòng）鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維（wéi）護工作量大等問題。 沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南全新（xīn）機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機（jī）、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進（jìn）行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環（huán）節，做成直驅方案，能直接（jiē）滿足荷載的需求（qiú），省去傳統磨機的減速（sù）機（jī），顯著提高了電機的效（xiào）率與（yǔ）功（gōng）率因數，具有節能、起動轉（zhuǎn）矩大、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）一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊（kuài）化電機的控製技術可以實現降低大功率電機（jī）的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣。模塊化電（diàn）機（jī）采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低（dī）了電機的供電電壓（yā）和使用的變頻器容量，從而降低（dī）成本。每個模塊電機都具有一套（tào）獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）機控製的（de）自由度，球磨機運行在輕（qīng）載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 在（zài）結構方麵，本產（chǎn）品電機的定子采用了一種（zhǒng）自主設計研發的隨動式結（jié）構，將整圓的定子分成若幹個（gè）相互存（cún）在間隙的小扇形塊，通過機械結構設（shè）計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒（héng）定的結構。本產品通過機械（xiè）結構設計保證定子與轉子間的間隙（xì）恒（héng）定，電機不會（huì）發生（shēng）掃膛現象，因此電機的氣隙可（kě）以設計的比普通（tōng）永磁直驅（qū）電機的小很多，從而大幅降低（dī）電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源（yuán），節能用電量。當模塊發（fā）生故障（zhàng）時，直接拆卸故障電機，更（gèng）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（diàn）機發生故障而影響到生產工期。 2、球磨機專用隨（suí）動式永磁直驅電（diàn）機概述 本產品的隨動式定子結構（gòu）構成一種（zhǒng）“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪（lún）與地麵貼合，即滾筒偏心（xīn）浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子（zǐ）、轉子間隙恒定，在球（qiú）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（bǎo）證（zhèng）磨機始終運行在性能狀態（tài），不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小（xiǎo），減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃（sǎo）膛現（xiàn）象。 本產（chǎn）品（pǐn）電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子（zǐ）塊結構，其隨動原（yuán）理是在定（dìng）子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確（què）定定子與轉子間的間隙，定子（zǐ）塊徑（jìng）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壓縮狀態,如果球磨機（jī）滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝（zhuāng）的（de）滾輪，進而帶動定子塊向上（shàng）移動，上方（fāng）彈性機（jī）構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上（shàng）的吸引力的（de）同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂（dǐng），保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定（dìng）子（zǐ）塊跟隨轉（zhuǎn）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。球（qiú）磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在（zài）受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上（shàng）方其向下壓（yā）,下方定子塊被轉（zhuǎn）筒向下壓。 本產品彈（dàn）性裝置的壓力大（dà）小可調（diào），對於不同位置的（de）定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝（zhuāng）置設置的壓力過大造成滾輪（lún）或轉筒磨損較快。 本產品將永磁電機采用模塊化（huà）控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電（diàn）機由多台模（mó）塊電機構成,多台模塊電機共用同（tóng）一個轉子，模塊電（diàn）機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰（lín）隨動式定子塊間設有固定（dìng）在支（zhī）撐框架上（shàng）的擋板來對定子塊（kuài）進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭（lán）處銜接T型支撐板,用（yòng）於支撐（chēng）安裝電機轉子鐵心（xīn）及磁鋼。 本產品的隨動式定子塊（kuài）安裝（zhuāng）拆卸十分便捷（jié），隻需要沿球磨機的徑向依次拆（chāi）卸密封外（wài）殼、彈性機構、彈性機構與定（dìng）子塊之間（jiān）的連（lián）接杆、彈性機構支撐架，即可將定（dìng）子塊沿徑向拉出，進行檢（jiǎn）修或（huò）更換新的定（dìng）子塊。 3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點 現階段大多數的（de）球磨機（jī）仍采用三相感應電動機、聯（lián）軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它（tā）有較高的效率和功率因數，損耗（hào）大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機（jī）運行平穩（wěn），係統響應（yīng）速（sù）度快（kuài），感應電機則起動相對困難（nán）。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因（yīn）。 采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯（lián）軸器（qì）、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（zhì）少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅（fú）提升（shēng），而且直驅係統的故障率低，維護（hù）檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於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（dù），還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的（de）控製技（jì）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，電機不必采用高等級絕緣，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（le）電機的供電電（diàn）壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成本。球磨（mó）機運行在輕載工況時,完（wán）全可以（yǐ）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（cí）動勢發生（shēng）畸變，諧（xié）波含量增加，平均轉矩下降（jiàng），轉（zhuǎn）矩波動顯著增加，無法繼續正常（cháng）運行（háng）。而本產（chǎn）品（pǐn）進行（háng）了模塊化設計，每個模（mó）塊電（diàn）機都具有一（yī）套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的（de）自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障（zhàng）時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機（jī）即可正常運行。模塊化電（diàn）機具有冗餘的模塊數，也（yě）可切除故障（zhàng）子模塊而控（kòng）製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期。 球磨機因加工（gōng）誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產（chǎn）生震動等因素會發（fā）生轉（zhuǎn）子偏心現象，偏心嚴（yán）重時還（hái）會造成電機掃膛損壞電機，實際生（shēng）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，提高電機製造（zào）成本。隨動式定子結構的模塊電機，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，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼（jì）續正常（cháng）工作，檢修次（cì）數（shù）更（gèng）少，工作時間更長，大體積球磨機檢修（xiū）複雜，降低檢修次數就是提高生（shēng）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）直驅對（duì）比於（yú）傳統感（gǎn）應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性 傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件（jiàn），調整（zhěng）磨鞮高（gāo）度來改變係統工作環境，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。遇到突發事（shì）件，除調整磨輾高度外（wài），還增加了速度（dù）調（diào）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（tǒng）因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額（é）外的盤（pán）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擊，需增加軟起動裝置。三相感應電（diàn）機起動後，通過減速器滿足係統（tǒng）轉矩需要，整個係統構（gòu）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（tǒng）控製永磁同步電（diàn）機起動，轉矩特性滿（mǎn）足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。 (3）變頻器軟起動，起（qǐ）動（dòng）過程（chéng）隨意設定 傳統係統先由低速盤車（chē）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，係統運行。係（xì）統控製複雜，低速無法實現過載輸（shū）出（chū）。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條（tiáo）件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行（háng），係統控（kòng）製簡單。變頻（pín）控製起動過程可根據實際工（gōng）況（kuàng）進行調整，以（yǐ）滿足各種工況的需求。低速可（kě）過（guò）載輸出（chū），滿足起動需要（yào），取代盤車係統。 (4）無減速器，維護成（chéng）本（běn）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（chuán）統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維（wéi）護成（chéng）本費用高。同時（shí）係統無法（fǎ）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單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製（zhì）方便。係統內無減速器，無需額外進行（háng）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（háng）係統維護。 (5）傳（chuán）動效率高,節能效（xiào）果明顯 綜上采用直驅永磁電機取代（dài）傳統驅動係統（tǒng）年節電量達181萬元（yuán）。（按（àn）照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統（tǒng）的優勢與球磨（mó）機直驅係統（tǒng）相同，這裏不再一—贅述。 2、永磁直（zhí）驅立（lì）磨結構示意圖 本新型立磨結構（gòu）采用永磁直驅電機驅動,提高（gāo）了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓（yā）力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模（mó）塊機構替代大直徑軸承，方便加（jiā）工、生（shēng）產、運輸、裝配（pèi）、維修，並降（jiàng）低成本,在工程實際中具有（yǒu）很強的實用型。 針對大、中、小型不同尺寸（cùn）的立磨（mó），分別設計了三種立磨專用永（yǒng）磁電機（jī），代替傳（chuán）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（hé）機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護（hù），節省成本。均已申請專 利（lì）。
永磁直驅礦用（yòng）球磨機 
