永磁直驅球磨機（jī）、立磨（mó）機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步（bù）電（diàn）動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝（zhuāng）置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈（liàn）冗長、效（xiào）率低、機構複雜、運行（háng）維護工作量大等問題。 沈陽工業大學（xué）電機與控製技術研（yán）究所與河南全（quán）新機電設備有限公司（sī）聯合設計研發的球磨機、立磨機采（cǎi）用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構（gòu）進行機電一（yī）體化設計，取消動力傳輸的（de）中（zhōng）間環節，做（zuò）成直驅方案，能直接滿足（zú）荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，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（dù）高等優點。 在控製方麵,本產品（pǐn）電機定子采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）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（mó）塊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（shì）不增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣。模塊（kuài）化（huà）電機采用多台小功率變（biàn）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，從而降低成本。每個模（mó）塊電機（jī）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，球磨機運行（háng）在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅（qū）動球磨機。 在結構方麵，本產（chǎn）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（yuán）的（de）定子分成（chéng）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。本產品通過機械結構設計保證定子與轉（zhuǎn）子間的間隙恒定，電機不會（huì）發生掃膛現象，因此電機的（de）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（cí）體用量，降低生產成（chéng）本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊（kuài）發生故障時，直接（jiē）拆卸故（gù）障電機，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磁直驅電機概述 本產品的隨動（dòng）式定（dìng）子結（jié）構構成一種“小車（chē）結構”，滾筒就像（xiàng）公路，定子塊（kuài）就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相（xiàng）當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪（lún）與地麵貼（tiē）合，即（jí）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，在球磨機因裝配誤差（chà）、軸（zhóu）承磨損、滾筒（tǒng）形變、重載震動等原因（yīn）造（zào）成電機偏心、氣隙不（bú）均勻時，仍能正（zhèng）常運轉，保證磨機始終運行（háng）在性能狀（zhuàng）態，不（bú）必停機檢修。同（tóng）時電機定子與（yǔ）轉子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（bú）會發生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式結構,基（jī）於模塊化（huà）永磁直（zhí）驅電機，采（cǎi）用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是（shì）在（zài）定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確（què）定（dìng）定（dìng）子與轉子間的間隙，定子塊徑向（xiàng）外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性（xìng）機構在球磨機滾筒不偏（piān）心時處於（yú）半壓（yā）縮狀（zhuàng）態,如果球（qiú）磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂（dǐng）定子塊上安（ān）裝的滾輪，進而帶動定子塊（kuài）向上移動，上方彈性機構繼（jì）續壓縮;下方定子（zǐ）塊在受到（dào）永磁體（tǐ）對其向上的吸（xī）引力的（de）同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子（zǐ）塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟（gēn）隨轉筒波動而進行徑向與圓（yuán）周方向的移動，從而保證定（dìng）子、轉子之間的間隙（xì）不變（biàn）。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的吸引力的同時，彈（dàn）性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒（tǒng）向下壓（yā）。 本（běn）產品彈性裝置的壓（yā）力大小可調，對（duì）於不（bú）同位（wèi）置的定子（zǐ）塊設置不同的壓力,避（bì）免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉（zhuǎn）筒磨損較快。 本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據（jù）不同功率的電機設計采用（yòng）不同個數的（de）隨動式定子塊構成一台模塊（kuài）電機，一台整圓電機由（yóu）多台模（mó）塊電機構成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉子，模塊（kuài）電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間（jiān）設有固（gù）定在支撐（chēng）框架上的擋板來（lái）對定子塊進行圓周（zhōu）方向的限位（wèi）。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型（xíng）支撐板（bǎn）,用於（yú）支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式定子塊（kuài）安（ān）裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機（jī）的徑向依（yī）次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可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（dài）替傳（chuán）統磨機的電機（jī）驅動係統的優點 現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結（jié）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功率因數，損耗大大降低，節（jiē）約了能（néng）源。永磁電機（jī）通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統（tǒng）響應速度（dù）快，感應電機則起動相（xiàng）對困難。這些也是（shì）近年來（lái）永磁電機應用（yòng）越來（lái）越（yuè）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（suō）短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直（zhí）驅係統的傳動效率不僅得到（dào）大幅提升，而（ér）且直驅係（xì）統的故障率低，維護檢修方（fāng）便（biàn），還避免了傳統設備因（yīn）漏油造成環境汙染。 由於（yú）本產品電（diàn）機定子采用（yòng）了模塊（kuài）化設計，不（bú）僅降低了加工，製造，運輸等難度，還（hái）相當（dāng）於把一個大功率電機做成了多個（gè）小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實（shí）現降（jiàng）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（jì）降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降低（dī）成本。球磨機運行在輕載工（gōng）況時,完全可以隻運行部分（fèn）模塊電機驅動球磨機。 傳統電機（jī）故障時（shí），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（xià）降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正（zhèng）常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的（de）控製係（xì）統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用（yòng）其多電機（jī）結構和控製靈活的優勢，在發生故障（zhàng）時（shí）。可以直（zhí）接拆卸故障電機更換新的模塊電機（jī）即可正常運行。模塊化電機具有冗（rǒng）餘（yú）的模塊數，也可切（qiē）除（chú）故障子模塊而控製其（qí）餘正常子模塊（kuài）降（jiàng）額運行。使用本產品完全不會因電機（jī）發生故障而（ér）影響到生產工期。 球磨機因加（jiā）工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子（zǐ）偏（piān）心現象，偏心嚴重時還會造成電（diàn）機掃膛損壞電機（jī），實際生產中常常通過增加氣隙大（dà）小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定（dìng）子結構的模塊電機，能在（zài）轉筒偏心時保證定子與轉（zhuǎn）子之間（jiān）的間隙（xì）恒定，可將（jiāng）氣隙做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，電機（jī）不會（huì）發（fā）生掃（sǎo）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，工作時間更長，大體（tǐ）積球磨機（jī）檢修複雜，降低檢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（mó）直驅對比於傳（chuán）統感應電機的優點( 1）變頻調速（sù）控製，實現負載工況多樣（yàng）性 傳統立磨速度單（dān）一，工況適應能力差。遇到突發事件，調（diào）整磨（mó）鞮高度來改變係統工作環境（jìng），係統反應速度慢。永磁同步電（diàn）機采用變頻調速（sù），適（shì）應工況能力強（qiáng）。遇到突（tū）發事件，除調整磨輾（niǎn）高度外，還增（zēng）加了速度調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（kě）靠性高 傳統係統因三相感應電（diàn）機無（wú）法在低速實現大轉矩輸出（chū），需要（yào）額外的盤車係統滿足立（lì）磨的低速起（qǐ）動。為保（bǎo）證在電（diàn）機起動過程不（bú）對（duì）電（diàn）網（wǎng）造成過大的衝擊，需（xū）增（zēng）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（jǔ）需要，整個係統構成複雜，係統（tǒng）運行的輔助設備很多（duō）。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉（zhuǎn）矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔（fǔ）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（xiàng）感（gǎn）應電機達到起動條件（jiàn）後，軟起動裝置起動三相感應電機（jī），係統（tǒng）運行（háng）。係統控製複雜，低速無法實現（xiàn）過載輸出。在低（dī）速過程需要（yào）盤車係統，將轉速提高到三相感（gǎn）應電機（jī）起（qǐ）動條件（jiàn）。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻（pín）控製起動過程可根據實際工況進（jìn）行調整，以滿足（zú）各種（zhǒng）工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。 (4）無減速器，維護成本更低,維護（hù）次數少 係統各構成單元均（jun1）需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減（jiǎn）速（sù）器結（jié）構（gòu）複雜需要經常維護，維護成本費用（yòng）高。同時係統無法實現在低速（sù）運（yùn）行的情況下進行係統維護。直驅（qū）係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同（tóng）步電機直接驅動，控製方便。係統內無減（jiǎn）速器，無需額外進行維護（hù），係統維護成本低。同時（shí），係統可實現（xiàn）在電機低速運行情況（kuàng）下進行係統維（wéi）護。 (5）傳動效率高,節能效（xiào）果明顯（xiǎn） 綜上采（cǎi）用直驅永磁電機取代（dài）傳統驅動（dòng）係統年節電量達181萬元。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係（xì）統的優（yōu）勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。 2、永（yǒng）磁直（zhí）驅立（lì）磨結構示（shì）意圖 本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨（mó）效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種（zhǒng）雙向載荷扇形模塊機構替（tì）代大直徑（jìng）軸承，方便加（jiā）工、生產、運（yùn）輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中（zhōng）具有很強的實用型。 針對大、中、小型不同尺寸（cùn）的立磨，分別設計了三種立磨（mó）專用永磁電機，代替（tì）傳統的減（jiǎn）速機（jī）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（néng）達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請（qǐng）專 利。
永（yǒng）磁直驅（qū）礦用球磨機 
