永（yǒng）磁直驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的球磨（mó）機、立磨機大都采（cǎi）用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構（gòu）進（jìn）行驅動（dòng），導致（zhì）球磨機的傳動係統存在機械傳動（dòng）鏈冗長（zhǎng）、效率低、機構複雜、運（yùn）行維護工作量大（dà）等問題。 沈陽工（gōng）業大學電機與（yǔ）控（kòng）製技術研究所與河南全新（xīn）機電設備（bèi）有（yǒu）限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁（cí）直驅電機,通過（guò）將（jiāng）電動機與機械（xiè）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（gāo）了電（diàn）機的效率與功（gōng）率因數，具有（yǒu）節能、起動轉矩大、過載（zǎi）能力強（qiáng）、係統免維護、自動化程度高等優點。 在控製（zhì）方麵,本產品電（diàn）機定子采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）低了加工、製造、運輸等（děng）難度，還相當於把一（yī）個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以（yǐ）實現降低大功率電（diàn）機的輸入電壓，但是不（bú）增（zēng）加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕（jué）緣。模塊化電（diàn）機采用多台小功率變頻器聯合供（gòng）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（cóng）而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的（de）控（kòng）製係統，大大（dà）提升了電機控製的自（zì）由度，球磨機運行在輕載工況時，完全（quán）可以隻運行部分模塊電機驅（qū）動（dòng）球磨機。 在結構方麵，本產品（pǐn）電機的定子采用了一種自主（zhǔ）設計研發的隨動式結構，將整圓的（de）定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，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（piān）心，定子塊（kuài）始（shǐ）終（zhōng）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（jī）械結構設計保證定子與轉子間的間（jiān）隙恒定，電機不會發（fā）生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通（tōng）永磁直驅電（diàn）機的小（xiǎo）很多，從而（ér）大幅降低電機永磁體用量，降（jiàng）低生產成本，節約（yuē）稀土資源，節能用電量。當模（mó）塊（kuài）發生故障時，直接拆卸故障（zhàng）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發生故障而影響到生產工期。 2、球磨機專用隨動式永（yǒng）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”，滾筒就像公路，定子塊就（jiù）像汽車（chē）。滾輪（lún）貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不（bú）影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒（tǒng）偏心浮動（dòng）不影響滾（gǔn）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、滾筒形變、重（chóng）載震（zhèn）動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運（yùn）轉，保證磨機始終運（yùn）行在性能狀態，不必（bì）停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做（zuò）的更小（xiǎo），減少永磁體（tǐ）用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式結（jié）構,基於模塊化永磁直驅電（diàn）機，采用獨立的扇形定子塊結構（gòu），其隨動原（yuán）理是在定子塊的軸向兩側安裝滾（gǔn）輪且滾輪貼合滾筒來確定（dìng）定子與轉子間的間隙，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（bú）偏心時處於（yú）半壓縮狀（zhuàng）態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會（huì）向上頂定子塊上（shàng）安（ān）裝（zhuāng）的（de）滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構（gòu）繼（jì）續壓縮;下方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其向上的吸引（yǐn）力（lì）的同時，定子塊上的彈性機構將其（qí）向上頂（dǐng），保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波（bō）動而進行徑（jìng）向與圓周方向的移（yí）動，從而保證定子、轉子之間的（de）間（jiān）隙不變。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（xià）的吸引力的同時（shí），彈性（xìng）機構將上方（fāng）其向（xiàng）下壓,下方定子塊被轉筒（tǒng）向下壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於（yú）不（bú）同位置的定子塊設置不同的壓力,避免（miǎn）因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快（kuài）。 本產品將永磁電機采用模塊化控（kòng）製，根據不同功率的電（diàn）機設計采（cǎi）用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共（gòng）用（yòng）同一（yī）個轉（zhuǎn）子（zǐ），模塊電機包繞式安裝在球（qiú）磨機滾筒上。相鄰隨（suí）動式定子塊間設有固（gù）定（dìng）在支撐框架上的擋板（bǎn）來對（duì）定子塊進（jìn）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（yòng）於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式（shì）定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要（yào）沿（yán）球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈（dàn）性機構、彈性（xìng）機構與定子塊之間（jiān）的連接杆（gǎn）、彈性機構支撐（chēng）架，即可將定子塊沿徑向拉（lā）出，進行檢修或更換（huàn）新（xīn）的定子塊。 3、采用本產品（pǐn）代替傳統（tǒng）磨機的電機驅動係統的優點 現階段（duàn）大多數的球（qiú）磨機仍采用三相感應電動機（jī）、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（yōu）勢是它有較高的（de）效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁（cí）電機通（tōng）過（guò）變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速（sù）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。 采用永磁直驅，取消了中間（jiān）的減速（sù）機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係（xì）統的傳動鏈（liàn），直驅係統的傳動效率（lǜ）將提升至少（shǎo）20%。球磨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（lǜ）低，維護檢（jiǎn）修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染（rǎn）。 由於本產品電機定子采用了模塊化設計（jì），不僅降低了加工，製造，運輸等難（nán）度，還相當於把一個大（dà）功率電機做成了多（duō）個小（xiǎo）功率電機。模塊化電（diàn）機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（jiā）電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕（jué）緣，模塊化電機采用多（duō）台（tái）小功率變（biàn）頻（pín）器聯合供電。這樣設計（jì）降低了（le）電機的供電電壓和（hé）使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機（jī）運行在輕載工況時,完（wán）全可以隻（zhī）運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。 傳統電機（jī）故障時，會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，無法繼續正常（cháng）運行。而本產品進行了模（mó）塊化設計，每個模塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統，大大提（tí）升了電機控製的（de）自（zì）由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在（zài）發生故障時。可以直（zhí）接拆卸故障電機更換新的（de）模塊電（diàn）機（jī）即可（kě）正常運行。模塊（kuài）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正常子模塊降（jiàng）額運行。使（shǐ）用本產（chǎn）品完全不會因電機發生故（gù）障而（ér）影響到（dào）生產工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形（xíng）變或重載產（chǎn）生震動等因素會發生轉子偏心現（xiàn）象，偏（piān）心嚴（yán）重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大（dà）小來預防掃膛，而氣隙增大（dà）會（huì）導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨（suí）動式定子結構（gòu）的模塊電機，能（néng）在轉筒偏心時保證定子與轉子（zǐ）之（zhī）間的間隙恒定（dìng），可將（jiāng）氣隙做的更（gèng）小，減少永磁體（tǐ）用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定（dìng）子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更（gèng）少，工作時間更長，大體積（jī）球磨機檢修（xiū）複雜，降（jiàng）低檢修次數就是（shì）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（yīng）電機的優點( 1）變頻調（diào）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（chà）。遇到突發事件，調（diào）整磨（mó）鞮高度來改變（biàn）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。遇到突發事件，除調整磨輾高度外（wài），還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統（tǒng）反應速度更快。 (2）係統（tǒng）簡（jiǎn）單,可靠性高 傳統係（xì）統因三相感應電機（jī）無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需（xū）增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速（sù）器滿（mǎn）足係統轉矩需要，整個係（xì）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（xì）統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結（jié）構簡單。 (3）變頻（pín）器軟起（qǐ）動，起動過程（chéng）隨意設定（dìng） 傳統（tǒng）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，軟起動裝（zhuāng）置起動三（sān）相感應電機，係統運行（háng）。係統控製複雜，低速無法（fǎ）實現過載輸出。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（dòng）條件。直驅係（xì）統（tǒng）直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進（jìn）行調整，以滿足各種工（gōng）況的（de）需求。低速可過載輸出，滿（mǎn）足起動需要，取代盤車係統。 (4）無減速器（qì），維護成本更低,維護次數少 係統各構成（chéng）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（mó）減速器結構複雜需（xū）要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況（kuàng）下進行係統維護（hù）。直驅（qū）係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無（wú）減速器，無需額外進行維護，係統維護成（chéng）本低。同時，係統（tǒng）可實現在電機低速運行（háng）情（qíng）況下進行係（xì）統維護。 (5）傳（chuán）動（dòng）效率高,節（jiē）能效果明（míng）顯 綜（zōng）上采用直驅永（yǒng）磁（cí）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勢與球磨機（jī）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（yòng）永磁直驅電機驅動,提高了立磨效（xiào）率。在立（lì）磨扶正軸承與壓力軸（zhóu）承上（shàng）進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機（jī）構替代大直徑軸承，方便加工、生（shēng）產、運輸（shū）、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很（hěn）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電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅（qū）電機具有雙向載荷機構與不同（tóng）的放置位置，均能達到（dào）扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配（pèi）維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
