永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術（shù）背景 傳統的球磨機、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（háng）驅（qū）動，導致球（qiú）磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行（háng）維護工作量大等（děng）問題。 沈陽工業大學電機與控製技術研究所（suǒ）與河（hé）南全新機電設備有限公司聯合設計研（yán）發的球磨機、立磨機采用永磁直（zhí）驅電機（jī）,通過將電動（dòng）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，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速（sù）機，顯著提高了（le）電（diàn）機的效率與功率（lǜ）因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統（tǒng）免維（wéi）護、自動化程度（dù）高等（děng）優點。 在控製方（fāng）麵,本產品電機（jī）定子采用了模塊（kuài）化設（shè）計，不僅（jǐn）降低了加工、製造、運輸（shū）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。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，但是不增加電（diàn）機（jī）的輸入（rù）電流，電機不必（bì）采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電，這樣設計（jì）降低（dī）了電機的供電電壓和使用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。每個模塊電機（jī）都具有一套獨立的控（kòng）製係統，大（dà）大（dà）提升了電機控製的（de）自由度，球磨機運（yùn）行在輕載工況（kuàng）時，完全可以（yǐ）隻運行部分模塊電機驅動（dòng）球磨機。 在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的（de）隨動式結構，將整圓的定子分成（chéng）若幹（gàn）個相（xiàng）互存在間隙的小扇（shàn）形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球（qiú）磨機轉筒（tǒng）是否震動或偏心，定子塊始（shǐ）終跟隨轉筒運動從而保（bǎo）持定子與轉子間隙恒定的結（jié）構。本產品（pǐn）通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機（jī）不會發生（shēng）掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量（liàng），降低（dī）生（shēng）產成本，節約（yuē）稀土（tǔ）資源（yuán），節能用電量。當模塊發生（shēng）故障時，直接拆卸故障電機，更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期（qī）。 2、球磨機專用隨動式永磁直驅（qū）電機概述 本產品的（de）隨動式定子結構構成一（yī）種“小車結（jié）構”，滾筒（tǒng）就（jiù）像公路，定子塊就（jiù）像汽車。滾輪貼合滾筒旋（xuán）轉相當於汽車在公路行駛，公（gōng）路的起伏不影響車輪與（yǔ）地麵貼（tiē）合，即滾筒偏心浮動不影（yǐng）響滾輪貼合滾筒（tǒng），保證（zhèng）定子、轉（zhuǎn）子間隙恒定，在（zài）球磨機因裝配（pèi）誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成（chéng）電機偏心（xīn）、氣隙不（bú）均（jun1）勻時，仍能正（zhèng）常運轉，保（bǎo）證磨機始終運行在性能狀態，不必停（tíng）機檢修。同時電（diàn）機定子與轉子間的（de）間隙也可以做的更小，減少永磁體用（yòng）量，並且因為隨動（dòng）式結構（gòu），電機（jī）不會（huì）發（fā）生掃膛現象。 本產品電機的定子（zǐ）為隨動式（shì）結構,基於（yú）模塊化永磁直驅電機，采用獨立（lì）的扇（shàn）形定（dìng）子塊結構，其隨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隙，定子塊徑向外側設（shè）有與支撐框架相連的彈性（xìng）機構。彈性機構在球（qiú）磨機（jī）滾筒不偏心時（shí）處於半壓縮狀態,如（rú）果球磨機滾筒（tǒng）向上波動，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，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上（shàng）的吸引力的同時，定子塊上的彈性機（jī）構將其向上（shàng）頂，保證下方定（dìng）子塊（kuài）的滾（gǔn）輪（lún）依然（rán）貼合轉筒外表麵（miàn），使定子塊跟隨（suí）轉筒波動（dòng）而進行徑向與圓（yuán）周方向（xiàng）的移動，從（cóng）而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾（gǔn）筒向下複位或（huò）繼續向下（xià）波動，則上方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其向下（xià）的吸（xī）引力的同時，彈性機構將上（shàng）方其向下壓,下方定子塊（kuài）被（bèi）轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定（dìng）子（zǐ）塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力（lì）過大造成滾輪（lún）或轉筒（tǒng）磨損（sǔn）較快（kuài）。 本產品將永磁電機（jī）采用模塊化控製（zhì），根據（jù）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（tái）模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋（dǎng）板來對定子（zǐ）塊進行圓周方向的（de）限位。球磨機滾筒的法蘭處銜（xián）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（pǐn）的隨（suí）動式定子（zǐ）塊安裝拆卸十（shí）分便捷，隻需（xū）要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈（dàn）性機構（gòu）與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可（kě）將定子塊沿徑向拉出，進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點 現階段大多數（shù）的球磨機仍采用三（sān）相感應電動機（jī）、聯軸器、減速（sù）裝置以（yǐ）及齒輪結構進行（háng）驅動。永磁同步電機與感應電機相比（bǐ）優勢是它有較高的效率和功率（lǜ）因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困（kùn）難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。 采用永磁直驅（qū），取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳（chuán）動環節（jiē），縮短係統的傳動鏈，直驅係統（tǒng）的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率（lǜ）不僅（jǐn）得到大幅提升，而（ér）且直驅係統的故（gù）障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因（yīn）漏油造成環（huán）境汙染。 由於本產品電機定（dìng）子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電（diàn）機的控製技術可以實現降低大功（gōng）率電機的輸（shū）入電壓，但是不增加（jiā）電機的輸入電流，電機（jī）不必（bì）采用高等級絕緣，模塊化（huà）電機采用（yòng）多台小功率變頻器聯合供電。這（zhè）樣設（shè）計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時（shí）,完（wán）全（quán）可以隻（zhī）運（yùn）行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。 傳統（tǒng）電機故障時，會導致電機合成（chéng）磁（cí）動勢（shì）發生畸變，諧波含量增加（jiā），平均轉矩下（xià）降，轉（zhuǎn）矩波動顯著增加，無法繼（jì）續正常運行。而本產品進行了（le）模（mó）塊化設（shè）計，每個模塊電機都具有（yǒu）一套獨立的控（kòng）製係統（tǒng），大大提升了電機控製（zhì）的自由度,可以利用其多電機結構和（hé）控製靈活的優勢，在發（fā）生故障時（shí）。可以直接拆卸故障電（diàn）機更換新的模塊電機（jī）即可正常運行。模塊化電機具（jù）有冗（rǒng）餘的模（mó）塊數，也可切除故障子模塊而（ér）控製其餘正常子模塊降額運（yùn）行（háng）。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到（dào）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震（zhèn）動等因素會發（fā）生轉子偏心現象（xiàng），偏心嚴重時還會造成電機掃（sǎo）膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小（xiǎo）來預防掃膛，而氣隙（xì）增大會導致（zhì）永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模（mó）塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子（zǐ）之間的間隙恒定（dìng），可（kě）將氣隙做的（de）更小，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子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間（jiān）更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢（jiǎn）修次數就是提高生產效率。 4、隨動式球磨機裝配示意（yì）圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對比於傳（chuán）統感（gǎn）應（yīng）電機的優點（diǎn）( 1）變頻調速控製，實現負載工（gōng）況多樣性 傳（chuán）統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整（zhěng）磨鞮高度（dù）來改（gǎi）變係統工（gōng）作（zuò）環境，係統反應速度慢（màn）。永磁同步電機（jī）采用變（biàn）頻調速，適應工況（kuàng）能力強。遇到（dào）突發事件，除調整磨輾（niǎn）高度外，還增加了速度（dù）調節以快速適應係統工作環境（jìng），係統（tǒng）反應速度更快。 (2）係統簡單,可靠性高（gāo） 傳統係統（tǒng）因三相（xiàng）感應電機無法在低速實現大轉矩輸出（chū），需（xū）要額外的盤車（chē）係統滿足（zú）立（lì）磨的低速起動。為保證在電機（jī）起動過程不對電網（wǎng）造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器（qì）滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運（yùn）行（háng）的輔助設備很多。直驅（qū）係統由變頻控製係（xì）統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要（yào），無需盤車係統（tǒng）和減速器（qì），輔助係統（tǒng）少，結構簡單。 (3）變頻器軟（ruǎn）起動，起動（dòng）過程隨意設定 傳統係統先由低速（sù）盤車係（xì）統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動（dòng）裝置起動三相（xiàng）感應（yīng）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，將轉速提高（gāo）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（yùn）行，係統控製簡單。變頻（pín）控製起動過程可根據實際工況進行調整（zhěng），以滿足各種工況的需（xū）求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車（chē）係統。 (4）無減速器，維護成本更（gèng）低,維（wéi）護次數少 係統各構成單元均需要時常檢查（chá）和定期維護，傳統係統（tǒng）構成單元多。同時立磨減速器結構複（fù）雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實（shí）現在低速運行的情（qíng）況下進行係統維護。直驅係（xì）統構成單元簡單，變頻器控製（zhì）永磁同步電機直接驅（qū）動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進（jìn）行（háng）維護，係統維護成本低。同時，係統（tǒng）可實現在電機低速（sù）運行情況下進行係統維護（hù）。 (5）傳動效率高,節能效果明顯 綜上采用直驅永（yǒng）磁（cí）電機取代傳統驅動係統（tǒng）年（nián）節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨（mó）機直驅係統的優勢與球磨機直驅係（xì）統相同，這裏不（bú）再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意圖（tú） 本新（xīn）型立磨結構采用（yòng）永磁直驅電機驅動,提高（gāo）了立（lì）磨效率（lǜ）。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計（jì）一種雙向載荷扇（shàn）形模（mó）塊機（jī）構替代大直徑軸承，方便加工、生（shēng）產、運輸、裝配、維修，並降低成本（běn）,在工程實際中具有很強的實用型。 針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種（zhǒng）立磨專用永磁電（diàn）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荷機構與不同的放置位置，均能達到（dào）扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝（zhuāng）配維護，節省（shěng）成本。均已申請專 利。
永（yǒng）磁直驅礦用（yòng）球磨機 
