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（dà）都采用三相異步電動（dòng）機（jī）、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進行驅動，導致球磨（mó）機的傳（chuán）動係統存在機械傳動（dòng）鏈冗長、效率低、機構複雜、運行（háng）維護工作（zuò）量大等問題。 沈陽工（gōng）業大學（xué）電機與控製技術研（yán）究所（suǒ）與河南91视频网機電設備有限公司聯合設計研發的（de）球磨機、立磨機采用（yòng）永磁直驅（qū）電機,通過將電動機與機械結構進行（háng）機電一體化設計，取消動力（lì）傳輸的（de）中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去（qù）傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、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（yùn）輸等難度（dù），還相當於把一個大功率電機做成了多（duō）個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實（shí）現降低大功率電機的（de）輸入電（diàn）壓，但是不增加電機的輸入電流，電（diàn）機不必采用高等級絕緣。模（mó）塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的供電電壓（yā）和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個（gè）模塊電機（jī）都具有一（yī）套獨（dú）立的控（kòng）製係統（tǒng），大大提升了電機控（kòng）製的（de）自由度，球磨機（jī）運行在（zài）輕載（zǎi）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，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結（jié）構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊（kuài），通過機械結（jié）構設計，確定了一種無論球（qiú）磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨（suí）轉筒運動從而保持（chí）定子與轉子（zǐ）間（jiān）隙恒定的結構。本產品通過機械結（jié）構（gòu）設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛（táng）現象，因此電機的氣隙可以設（shè）計的比普通永磁（cí）直驅電機的小很多，從而大幅降低電機（jī）永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新（xīn）的（de）模塊電（diàn）機即可正常運行。使用本產品完（wán）全不會因（yīn）電機發生故障而影響到生產工期。 2、球磨機專用隨動式永磁直驅電（diàn）機概述 本產品的隨動式定子結構構成（chéng）一種“小（xiǎo）車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車（chē）。滾輪貼合滾（gǔn）筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏（fú）不影響車輪（lún）與地麵貼（tiē）合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配誤差（chà）、軸（zhóu）承（chéng）磨（mó）損、滾筒形變、重載震動等（děng）原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍（réng）能正常運轉，保證磨機始（shǐ）終運行在性能狀態，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，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。 本產（chǎn）品電機的定子（zǐ）為隨動式結構,基於模塊化永磁（cí）直驅電機，采用獨立（lì）的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子（zǐ）塊徑向外（wài）側設有與支撐框架相連的彈性機（jī）構。彈性機構在球（qiú）磨機滾筒不偏心（xīn）時處（chù）於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波（bō）動，轉筒會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（fāng）彈（dàn）性機構（gòu）繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子（zǐ）塊的滾輪（lún）依然（rán）貼合轉筒外表（biǎo）麵，使定子塊跟隨（suí）轉筒波動而進行徑（jìng）向與圓周方向的移動，從而保證定子（zǐ）、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續（xù）向（xiàng）下波動，則上方定子塊在受到永（yǒng）磁（cí）體對其向下的吸引力的同時，彈性（xìng）機（jī）構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓（yā）。 本產品彈性裝置的壓力（lì）大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓（yā）力,避免因彈性裝置設置的壓（yā）力過（guò）大（dà）造成滾輪或（huò）轉筒磨損較快。 本產品將永磁電（diàn）機采用模塊（kuài）化控製，根據不（bú）同功率的電（diàn）機設計采用不同個數的隨（suí）動式定子塊構成一台模塊（kuài）電機，一台整圓電機由多台（tái）模塊電機構成,多台（tái）模塊電機共用同（tóng）一個轉（zhuǎn）子，模塊電機包繞式安裝（zhuāng）在球磨機滾筒（tǒng）上。相（xiàng）鄰（lín）隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的（de）擋板來對定子塊進行圓周方向的（de）限位。球磨機滾筒的法蘭（lán）處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼（gāng）。 本產品（pǐn）的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷（jié），隻需要沿球磨機的徑向（xiàng）依次（cì）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（jī）構支撐架，即可將（jiāng）定（dìng）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（jī）驅動係統的優點 現（xiàn）階段大多數的球磨機（jī）仍（réng）采用三相感應電動機、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步（bù）電機與感應電機相（xiàng）比優勢是（shì）它有較高的效率和（hé）功（gōng）率因數，損耗大（dà）大降低，節約了能源。永磁電機通過變（biàn）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難。這些也是近年來永磁電機應用越（yuè）來越廣泛（fàn）的原因。 采用永磁直（zhí）驅，取消了中間的減（jiǎn）速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅（jǐn）得到大幅提（tí）升，而且直驅係統的故障率（lǜ）低，維護（hù）檢修方便，還避免（miǎn）了傳（chuán）統設（shè）備因漏油造成環境（jìng）汙染。 由於本產品電機定子采用了模塊化（huà）設計，不僅（jǐn）降低了加工（gōng），製造，運（yùn）輸等難（nán）度，還相當於把一個（gè）大功率（lǜ）電機做成了多個小（xiǎo）功率電機。模（mó）塊化（huà）電機的控製技術可以實現降低大功率電機的（de）輸入電壓，但（dàn）是不增加電機的輸（shū）入電流，電（diàn）機（jī）不必采用高等級絕緣，模塊化電機（jī）采用多台小功率變頻（pín）器聯合供電。這樣設計（jì）降低了（le）電（diàn）機的供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而（ér）降低成本（běn）。球磨機運行在（zài）輕載工況時,完全（quán）可以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（fǎ）繼續正（zhèng）常運行。而本產品進行（háng）了模塊化設計，每（měi）個模塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機（jī）結構和（hé）控製靈活的優勢，在發生（shēng）故障時（shí）。可以直（zhí）接拆卸故（gù）障電機更換新（xīn）的模塊電機即可正常運行。模塊化電（diàn）機具有冗餘（yú）的模（mó）塊數，也可切除故障子模塊而控製其（qí）餘正常子模塊降額運（yùn）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。 球磨機因加工誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變或重載產生震動等（děng）因素會發生（shēng）轉子偏心（xīn）現象，偏心嚴重時還會造成電機掃（sǎo）膛損（sǔn）壞電機，實際生產（chǎn）中（zhōng）常常通過增加氣隙大小來預防掃（sǎo）膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒（tǒng）偏心時保（bǎo）證（zhèng）定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，電（diàn）機不會發生掃膛現象，同時因為（wéi）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，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修（xiū）次數就是提（tí）高生（shēng）產效（xiào）率。 4、隨動式（shì）球磨（mó）機（jī）裝配示意圖 二（èr）、永磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對比（bǐ）於（yú）傳統感（gǎn）應電機的優點( 1）變（biàn）頻調速控製，實現（xiàn）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（diào）整（zhěng）磨鞮高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（kuàng）能力強。遇到（dào）突發（fā）事件，除（chú）調整磨（mó）輾（niǎn）高度外，還增加（jiā）了速度調節以快速適應係統工作環境，係（xì）統反（fǎn）應速度更（gèng）快（kuài）。 (2）係統簡單,可靠性高 傳（chuán）統（tǒng）係（xì）統因（yīn）三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的（de）盤車係（xì）統（tǒng）滿足立（lì）磨的低（dī）速起動。為保證在電機起（qǐ）動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過（guò）減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構（gòu）成複（fù）雜，係統運行的輔助設（shè）備很多。直（zhí）驅係統由變頻（pín）控（kòng）製係統控製永磁同步電（diàn）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（xì）統少，結構簡單。 (3）變頻器軟起動，起動過程（chéng）隨意設定 傳統係統先由低速盤車（chē）係統起動，待（dài）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（xì）統運行。係統控製複雜，低速無法實（shí）現過載輸出。在低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（qū）係統直接變頻低速起動（dòng），係統直接（jiē）運（yùn）行，係統控製簡單（dān）。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以（yǐ）滿足各種工況的需求。低速可（kě）過（guò）載輸出，滿足（zú）起動需要，取代盤車係統。 (4）無減速器，維護成本更低,維護次數少 係（xì）統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立（lì）磨減速器（qì）結（jié）構複雜需（xū）要經（jīng）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（jiǎn）單，變頻器控製永磁（cí）同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維（wéi）護，係統維護成本低（dī）。同時，係（xì）統可實現在電機低速運（yùn）行情況下進行（háng）係統維護。 (5）傳動效率高,節能（néng）效果明顯（xiǎn） 綜上采用直驅永（yǒng）磁電機取代傳統驅動係統年節電（diàn）量達181萬元（yuán）。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。 2、永（yǒng）磁直驅立磨結（jié）構示意（yì）圖 本新型立磨結構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（chéng）與壓力軸承上（shàng）進行突破，通過設計一種雙向（xiàng）載荷扇形模塊機構替（tì）代（dài）大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成本（běn）,在工程實際中具有很強的實用（yòng）型。 針對大、中、小（xiǎo）型不（bú）同尺寸的立磨，分（fèn）別設計了三種立磨專用永磁電機（jī），代（dài）替（tì）傳統（tǒng）的減速機與三相異步電動機（jī），永磁直驅（qū）電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達（dá）到扶正（zhèng）與承壓的作用，並且方便（biàn）製造、裝配維（wéi）護，節（jiē）省（shěng）成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
