永磁直驅球磨（mó）機、立磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大都采用三相（xiàng）異步電（diàn）動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動，導（dǎo）致球（qiú）磨機的傳動係統存在機械傳動鏈（liàn）冗長、效率低、機（jī）構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈（shěn）陽工業大學電機與控製技術研究所與河南91视频网機電設備有限公司聯合設計（jì）研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機（jī）,通（tōng）過將電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，做成直驅方案，能（néng）直接滿足荷載的需求，省去傳（chuán）統磨機的減速機，顯著提高了電機的（de）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（jiā）工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）當於把一（yī）個大功率電機做成了多個小（xiǎo）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輸入電壓，但（dàn）是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等（děng）級絕緣。模塊化電機（jī）采用多台小功率變（biàn）頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的（de）變頻（pín）器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控（kòng）製的（de）自由度，球磨（mó）機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機（jī）驅（qū）動球磨機（jī）。 在結構方麵，本產品電機的（de）定（dìng）子采用了一種自主設計研發的隨動（dòng）式結構，將整圓的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心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒（héng）定的（de）結構。本產品通過機械結構（gòu）設計保證定子與轉子間的（de）間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙（xì）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（yòng）量（liàng），降低生產成本，節約稀土資源，節能（néng）用電（diàn）量。當模塊發生故障時，直（zhí）接拆卸故（gù）障電機，更（gèng）換新的模塊電（diàn）機即可（kě）正常運（yùn）行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響（xiǎng）到生產工期（qī）。 2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機（jī）概述 本產品的（de）隨動（dòng）式定（dìng）子結構構成一種（zhǒng）“小車結構”，滾筒就像（xiàng）公路，定子塊就像汽（qì）車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路（lù）行駛，公路的起伏不（bú）影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏心浮動（dòng）不影響滾輪（lún）貼合滾筒，保（bǎo）證（zhèng）定子、轉子間隙恒（héng）定，在球磨機因裝配誤（wù）差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣（qì）隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行（háng）在（zài）性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與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（jié）構，電機（jī）不會發（fā）生掃膛現象。 本產品電機（jī）的（de）定子為（wéi）隨動式結構（gòu）,基於模塊化永磁直驅電機，采（cǎi）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（dìng）子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈（dàn）性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂（dǐng）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（jì）續壓縮;下方（fāng）定子塊在受到永磁體對其向上的吸引（yǐn）力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪（lún）依（yī）然貼合轉筒外表麵，使（shǐ）定子塊跟（gēn）隨轉筒波動而進（jìn）行徑向與圓周（zhōu）方（fāng）向的移動，從而（ér）保（bǎo）證定子、轉子之間的間隙不變（biàn）。球磨機滾筒向下複位或繼續向（xiàng）下波動，則上方定子（zǐ）塊在受到（dào）永（yǒng）磁體對其向（xiàng）下的（de）吸引（yǐn）力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定（dìng）子塊被（bèi）轉筒向下壓。 本產品彈性裝置（zhì）的壓力大小可調，對於不同位置的定子（zǐ）塊設置不同（tóng）的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒（tǒng）磨損較快。 本產品將（jiāng）永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電（diàn）機設計采（cǎi）用不同個數的隨（suí）動式定子塊構成一台（tái）模塊電機，一台（tái）整（zhěng）圓電機由多（duō）台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一（yī）個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨（mó）機滾筒上。相鄰（lín）隨動（dòng）式定子（zǐ）塊間設有固定在支撐框架上的擋（dǎng）板來對定子塊進行圓（yuán）周方向的限位。球（qiú）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。 本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次（cì）拆卸密封外殼、彈性機（jī）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（chū），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（jī）的電機驅（qū）動係統的優（yōu）點 現階段（duàn）大多數的（de）球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁（cí）同步（bù）電機與（yǔ）感應電機相比優勢是它有（yǒu）較高的效率和功率因數，損耗大大（dà）降低，節約了能源。永磁電機（jī）通過變頻（pín）器進（jìn）行調速，電機運（yùn）行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對（duì）困難。這些也是近年來永磁電機（jī）應用越來越廣泛的（de）原因。 采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及（jí）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（shēng）至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅（jǐn）得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成（chéng）環境汙染。 由於本產品電機（jī）定子采用了模塊化設計，不僅降低了（le）加工，製造，運輸（shū）等（děng）難（nán）度，還相當於（yú）把一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（jì）術可以實現降低大功率電機的輸（shū）入（rù）電壓，但（dàn）是不增加電機的輸入電流，電機不必（bì）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（shè）計降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低成本。球（qiú）磨機運行在輕載工（gōng）況時,完全可以隻（zhī）運行部（bù）分（fèn）模塊電機驅動球（qiú）磨機（jī）。 傳統電機故障（zhàng）時，會（huì）導致電機合（hé）成磁動勢發生（shēng）畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運（yùn）行（háng）。而本產品進行了（le）模塊化設計（jì），每（měi）個模塊電機都具有（yǒu）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（yòng）其多電機結構和控製靈活的（de）優勢，在發生故（gù）障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機（jī）即可正常運行（háng）。模（mó）塊化電機具有冗餘的模塊數（shù），也可切除故障子模塊而控製（zhì）其餘正常子模塊降額運（yùn）行。使用本產品完全不會因（yīn）電機發（fā）生故障而影（yǐng）響到生（shēng）產工期。 球（qiú）磨機（jī）因加工（gōng）誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震（zhèn）動等因素會發（fā）生轉子（zǐ）偏心現象，偏心嚴重時還會造成（chéng）電機掃膛損壞電機，實際生產中常（cháng）常通過增加氣隙（xì）大小來預防掃膛，而（ér）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（mó）塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的（de）更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃（sǎo）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（shǎo），工作（zuò）時間更長，大體積（jī）球磨（mó）機檢修複雜，降低檢修（xiū）次數就是提高生產效（xiào）率。 4、隨動式球磨機（jī）裝配示意（yì）圖 二、永磁直驅立磨技（jì）術 1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負（fù）載工況多樣性 傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到（dào）突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度（dù）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（niǎn）高度外（wài），還增加了（le）速度調節以快速適（shì）應（yīng）係統工作環境，係統反應速度更快。 (2）係統（tǒng）簡單,可（kě）靠性高 傳統係統因三相感應電機無法在低速實現（xiàn）大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿（mǎn）足立磨的低（dī）速起動。為保證（zhèng）在電機起動過（guò）程不對電（diàn）網造成過大（dà）的衝擊，需增加軟起動裝置（zhì）。三相感應電機起動後（hòu），通過減速器（qì）滿足（zú）係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係（xì）統運行的輔助設備很多。直驅係（xì）統由變頻控製係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，結構簡單。 (3）變（biàn）頻（pín）器（qì）軟（ruǎn）起（qǐ）動，起動過（guò）程隨意設（shè）定 傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電（diàn）機達到起動條（tiáo）件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控（kòng）製複雜，低速無法實現（xiàn）過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速（sù）提高到三相感應電機起動條件。直驅係（xì）統（tǒng）直接變頻低速起動，係統直接運（yùn）行，係（xì）統控製簡單。變頻控製起動（dòng）過程可根據實際工況進（jìn）行調整，以滿足各種工況的需求。低（dī）速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係（xì）統（tǒng）。 (4）無減速器，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（dìng）期維護，傳統係統構成（chéng）單元多。同時立磨減速器結構複（fù）雜需要經常維護，維護成（chéng）本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進（jìn）行係統維護。直驅係統（tǒng）構成單元簡單，變頻器控製（zhì）永磁同步電機直接驅動，控（kòng）製方便。係統內無（wú）減速器，無需額（é）外進行維護，係統維護成本低。同時，係統（tǒng）可實現在電機低速運行情（qíng）況下進行係統（tǒng）維護。 (5）傳動效率高,節能效果明顯 綜上采用直（zhí）驅永磁電機取代傳（chuán）統驅動係統（tǒng）年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直（zhí）驅係統的（de）優勢與球磨機直驅係統（tǒng）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永磁（cí）直（zhí）驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通（tōng）過設計（jì）一種雙向（xiàng）載荷扇形模塊（kuài）機構替代大直徑軸承，方便加（jiā）工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,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，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代（dài）替傳統的減速機與三相異步電動機，永（yǒng）磁直驅（qū）電（diàn）機具有雙向載荷機構與不（bú）同的放置位置，均（jun1）能達到扶正與承壓的作用，並（bìng）且方（fāng）便（biàn）製造、裝配維護，節省成本。均已申請專（zhuān） 利。
永磁直驅礦用球磨機 
