永磁直驅球（qiú）磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大（dà）都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結（jié）構進行驅動，導致（zhì）球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈（liàn）冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈（shěn）陽工（gōng）業大學電機與控製（zhì）技術研究所與河南全（quán）新機電設備有限公司聯合（hé）設計研發的球磨（mó）機、立磨機采用永磁直驅（qū）電機,通過將電（diàn）動機與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（chéng）直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提（tí）高了電機的效率（lǜ）與功率因數，具有（yǒu）節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度（dù）高等（děng）優（yōu）點（diǎn）。 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（zhì）造、運輸等難度，還相當於把一個大功率電（diàn）機做成了多個（gè）小功率（lǜ）電機。模（mó）塊（kuài）化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的輸入電流，電機不（bú）必（bì）采用高等級絕緣（yuán）。模塊（kuài）化電機采用多台小（xiǎo）功率變頻器（qì）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（dī）成本。每個模塊電（diàn）機都具（jù）有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨（mó）機運行在輕載工況時，完全可以隻（zhī）運行部分模塊電機驅動球磨機。 在結（jié）構方麵，本產品電機的定子采用了一種自（zì）主設（shè）計研發的隨動式結構，將整圓的定子（zǐ）分成若幹個相互存在間隙的小扇形（xíng）塊，通過機（jī）械結構設計，確定了一種無（wú）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。本產品（pǐn）通過（guò）機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電（diàn）機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電（diàn）機的小很（hěn）多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節（jiē）能用電（diàn）量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新（xīn）的模（mó）塊電機即可（kě）正常運行。使（shǐ）用本產品完全不會因（yīn）電（diàn）機發生故（gù）障而影（yǐng）響到生產工期。 2、球磨（mó）機專用隨動式永磁直（zhí）驅（qū）電機概述 本產品的隨動式定子結構構成（chéng）一種（zhǒng）“小車結構”，滾筒就像公路，定（dìng）子塊就像汽車。滾輪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，即滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間（jiān）隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形（xíng）變、重（chóng）載（zǎi）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（xìng）能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也（yě）可以做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，並且因為（wéi）隨動式結構，電（diàn）機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊（kuài）化永磁直驅電機，采（cǎi）用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原（yuán）理（lǐ）是在定子塊（kuài）的軸向兩側安（ān）裝滾輪且滾輪貼合滾筒（tǒng）來確定定子與轉子間的間隙（xì），定子塊徑向外側設有與支撐框（kuàng）架相連（lián）的彈性機構。彈性機構在球磨機（jī）滾（gǔn）筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球（qiú）磨機滾筒向上波動，轉（zhuǎn）筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶（dài）動（dòng）定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁（cí）體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將（jiāng）其向上頂，保證（zhèng）下方定子（zǐ）塊的滾（gǔn）輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保（bǎo）證定子、轉子之間的間隙不變。球（qiú）磨機滾筒向下複位或繼（jì）續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的（de）吸引力的同時，彈性機（jī）構將上方（fāng）其（qí）向（xiàng）下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置（zhì）的定子塊設置不（bú）同的壓力,避免因彈性（xìng）裝置（zhì）設置（zhì）的壓力過大造成（chéng）滾輪或轉筒磨損較快（kuài）。 本產品將永磁（cí）電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采（cǎi）用（yòng）不同（tóng）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（jī）構成,多台模塊電機共用同（tóng）一個轉子，模塊電機（jī）包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰（lín）隨動式定（dìng）子塊間設有固定在（zài）支撐框架上的擋板（bǎn）來對定子塊進行圓（yuán）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（chǎn）品的隨動式（shì）定子塊（kuài）安裝拆卸十分便捷，隻需要（yào）沿球磨（mó）機的徑向（xiàng）依次拆卸密封外（wài）殼（ké）、彈性機構、彈性機構與（yǔ）定子塊之間的（de）連（lián）接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向（xiàng）拉出，進（jìn）行檢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動係統的優（yōu）點 現階段（duàn）大多數（shù）的球磨機仍采用三相感應（yīng）電動機、聯軸器、減速裝置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有較高的效率和（hé）功率因數，損耗（hào）大（dà）大降低，節（jiē）約了能源。永磁（cí）電機通過變頻器進行調速，電機運行平（píng）穩，係統（tǒng）響應速度快，感應電機（jī）則起動相對困難。這些也是近年來（lái）永磁電機應用（yòng）越來越廣泛的原因。 采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的（de）傳動鏈，直驅係（xì）統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅（qū）係統的（de）傳（chuán）動效率（lǜ）不僅得到大幅提升（shēng），而且直驅係統的故障率低，維護檢（jiǎn）修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環（huán）境汙染。 由於（yú）本產品電機定子采用了模（mó）塊化設計，不僅降低了加（jiā）工，製造，運輸等難度，還（hái）相（xiàng）當於把一個大（dà）功（gōng）率電機做成（chéng）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（bú）增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必（bì）采用高等級絕緣（yuán），模塊化電機采用多台小（xiǎo）功率變頻（pín）器聯合供電。這樣設計降（jiàng）低了電機的供電電壓和使用的變頻器容（róng）量（liàng），從而降低成本。球磨（mó）機運行在（zài）輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動（dòng）球磨（mó）機（jī）。 傳統電機故障時，會導致電機合（hé）成磁動勢發生畸變，諧波（bō）含量增加，平均轉矩下降（jiàng），轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產（chǎn）品進行了（le）模塊化設計（jì），每個模塊電機都（dōu）具（jù）有一（yī）套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利（lì）用其多電機（jī）結構和控製靈活（huó）的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸（xiè）故障（zhàng）電機更換新的模塊電機（jī）即可正常運行。模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正常子模塊（kuài）降額運行（háng）。使用本產品（pǐn）完全不會因（yīn）電機發生故障而影響到生產工期。 球（qiú）磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重（chóng）載產生震動等因素（sù）會發生（shēng）轉子偏心現象，偏心（xīn）嚴重時還（hái）會造成電機掃膛損壞電機，實際生（shēng）產中常常通過增（zēng）加氣隙大小來（lái）預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構（gòu）的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將（jiāng）氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不（bú）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續正常工作，檢修次數更少（shǎo），工作時間更長，大體積球磨機（jī）檢修（xiū）複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。 4、隨動式球磨機（jī）裝配示意圖 二、永磁直（zhí）驅立磨技術 1、立磨直驅對比於傳統感（gǎn）應（yīng）電機的（de）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，調整磨鞮高度來（lái）改變（biàn）係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同（tóng）步電機采用變頻調速，適（shì）應工況能（néng）力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境（jìng），係統反應速度（dù）更快。 (2）係統簡單,可靠性（xìng）高 傳統係統因（yīn）三相感應電機（jī）無法（fǎ）在低速實現（xiàn）大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨（mó）的低速起（qǐ）動。為保（bǎo）證（zhèng）在（zài）電（diàn）機起動過程（chéng）不對（duì）電網造成過大（dà）的衝擊，需增加軟起動（dòng）裝置。三相感應電機起（qǐ）動後，通過減速（sù）器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係（xì）統控製永磁同步（bù）電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器（qì），輔助係統少，結構簡單。 (3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定 傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應（yīng）電機達到（dào）起動條件後，軟起動裝（zhuāng）置起動三相感應電機，係統運行。係統控（kòng）製複（fù）雜，低速無（wú）法實現過載輸出（chū）。在低（dī）速過程需要盤車係統，將（jiāng）轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製（zhì）簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種（zhǒng）工（gōng）況的需求。低速（sù）可過載輸（shū）出，滿足起動需要，取代盤車係（xì）統。 (4）無減速器，維護成本更（gèng）低,維護次數少 係統（tǒng）各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳（chuán）統係統構成（chéng）單元多。同時立磨減（jiǎn）速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的（de）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（zhí）接驅動，控製方便。係統內（nèi）無減速器，無需額外進行維護，係統維護（hù）成本低。同時，係統可實現在電機低速運行（háng）情況下進行（háng）係統維護。 (5）傳（chuán）動效率高,節能（néng）效果明（míng）顯 綜上采用（yòng）直驅永磁電機取代傳統驅動係（xì）統年節電（diàn）量（liàng）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（tǒng）相同，這裏不再一—贅述。 2、永磁（cí）直（zhí）驅立磨結構示意圖 本新型立磨結構采用永磁直驅（qū）電（diàn）機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與（yǔ）壓（yā）力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工（gōng）、生（shēng）產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中（zhōng）具有（yǒu）很強的實用型。 針對大、中、小（xiǎo）型不同尺寸（cùn）的立磨，分別（bié）設計了三（sān）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，永磁直驅電機具有雙向載（zǎi）荷機構與（yǔ）不同的放（fàng）置位置（zhì），均能達（dá）到扶正與承壓的作用（yòng），並且方便製造、裝配維護（hù），節省成本。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
