永磁直驅球磨（mó）機（jī）、立磨機
1、技術背景 傳統（tǒng）的球磨機、立磨機大都采用三（sān）相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導（dǎo）致球磨機的傳動係統（tǒng）存在機械傳（chuán）動（dòng）鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽工業大學電（diàn）機與控製技（jì）術研究所與河南91视频网機電設備有限（xiàn）公司聯合設（shè）計（jì）研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將（jiāng）電動機（jī）與（yǔ）機械結構進行機電一體化設計，取消動力（lì）傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的（de）需求，省（shěng）去傳統磨機的減速（sù）機，顯著（zhe）提高了電機的效率與功率因數，具（jù）有節能、起（qǐ）動（dòng）轉矩大、過載能（néng）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（shè）計，不僅降低了加工、製造、運輸（shū）等難度，還相（xiàng）當於把一個大功率電機做成（chéng）了多個小（xiǎo）功率電（diàn）機（jī）。模塊化電機的控（kòng）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（shū）入電流，電機不必采用高等級絕緣。模（mó）塊化（huà）電（diàn）機采用多台小功率變頻器（qì）聯合供電，這樣設計降低了電機的供電電（diàn）壓和使用的變頻（pín）器容量，從而降低成本。每個模塊電機（jī）都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）機控製的（de）自由度，球磨機運行在輕載（zǎi）工況時，完全可以隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。 在結構方麵，本產品電機的定子（zǐ）采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹（gàn）個相互存在間隙的小扇形（xíng）塊，通過機械結構設計，確定了一種無（wú）論球磨機轉（zhuǎn）筒是否震動或偏心，定子塊始終（zhōng）跟隨轉筒運動從（cóng）而保持定子與（yǔ）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子間的（de）間隙恒定，電機不會發生掃膛現象（xiàng），因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁（cí）直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本（běn），節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故（gù）障電機，更換（huàn）新的模塊電機即（jí）可正常（cháng）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（gōng）期。 2、球磨機專（zhuān）用隨動式永磁直驅電機（jī）概述 本產品的（de）隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪（lún）貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起（qǐ）伏不影響車輪（lún）與地麵貼合，即滾（gǔn）筒偏心浮動（dòng）不影響滾（gǔn）輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因（yīn）裝配誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成（chéng）電機偏心、氣隙（xì）不均勻時（shí），仍能正常運轉，保證磨機始終運（yùn）行在性（xìng）能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子（zǐ）間（jiān）的間隙也可以做的更小（xiǎo），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（xiàng）。 本產品電機的定子為隨動式結（jié）構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在（zài）定子塊的軸向兩側安裝滾（gǔn）輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與（yǔ）支撐框架相連的（de）彈性（xìng）機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時（shí）處於（yú）半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動（dòng），轉筒會向上頂定子（zǐ）塊上安裝的滾輪，進而（ér）帶動定（dìng）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的吸引力的同時（shí），定子塊上的彈（dàn）性機構將其向上頂，保證下方定子塊（kuài）的滾輪依（yī）然貼合轉筒外表（biǎo）麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機（jī）滾筒向下複位或繼續向下（xià）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，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊（kuài）被轉筒向下壓。 本（běn）產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定（dìng）子塊設（shè）置不同（tóng）的壓力,避免因彈性裝置設置的（de）壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。 本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功（gōng）率的電機設計采（cǎi）用（yòng）不同個（gè）數的隨（suí）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構成,多台模塊（kuài）電機共用同一（yī）個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上（shàng）。相鄰隨動式定子塊間設有固定在（zài）支撐框架上的擋（dǎng）板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜（xián）接（jiē）T型支撐板,用於支撐安裝電機（jī）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（qiú）磨機的徑向依次拆（chāi）卸密封外殼、彈性機構（gòu）、彈性機（jī）構與定子塊之間的連接杆、彈性（xìng）機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修（xiū）或更換新的定子塊（kuài）。 3、采用本產品代替傳統（tǒng）磨機的電機驅動係統的優點 現階段大多數的球磨機仍采（cǎi）用三相感應電動機、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難。這（zhè）些也是近年來永（yǒng）磁電機應用越來（lái）越廣泛（fàn）的原因。 采用永磁直驅，取消了中間的減速機（jī）、聯軸器、及（jí）齒輪的傳動環節，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（qiú）磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升（shēng），而且直（zhí）驅係統的故障（zhàng）率（lǜ）低（dī），維護檢修方便（biàn），還避免了傳統（tǒng）設備因（yīn）漏（lòu）油造成環境汙染。 由於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（bǎ）一個大功率電（diàn）機做成了多個小功率（lǜ）電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率（lǜ）電機的輸入電壓，但（dàn）是（shì）不增加電機的輸入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣，模塊化電機（jī）采用多台小（xiǎo）功（gōng）率變頻器聯合（hé）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（róng）量（liàng），從而降低成本（běn）。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行（háng）部分模塊電機驅動球磨機。 傳統電（diàn）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（píng）均轉矩下降，轉矩波動顯著增（zēng）加，無法繼續正常運行。而（ér）本產品進行了模塊（kuài）化設計，每個模塊（kuài）電機都具有一套（tào）獨立（lì）的控製（zhì）係統，大大（dà）提（tí）升了電機控製的自由度（dù）,可以利用其多電機結構和控（kòng）製靈活的（de）優勢，在發生（shēng）故障時。可（kě）以（yǐ）直接拆卸故障電（diàn）機（jī）更（gèng）換新的模塊電機即（jí）可（kě）正（zhèng）常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊（kuài）數，也可切除故（gù）障子模塊而控製其餘正常（cháng）子（zǐ）模塊降額運行。使用本產品完全（quán）不（bú）會因電機發生故障而影響到生產工期。 球磨機因加工誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形（xíng）變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛（táng）損壞電機，實際生產（chǎn）中常常（cháng）通過（guò）增加氣隙大小來（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（dìng）子結構的模（mó）塊電機，能在（zài）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（de）更小，減少永（yǒng）磁體用量，電（diàn）機不會發生掃膛現象（xiàng），同時（shí）因為該隨動式定子（zǐ）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（jī）檢修複雜（zá），降低檢修（xiū）次數就是提高生產效率。 4、隨動式球磨機裝配示意圖 二、永磁直（zhí）驅立磨（mó）技術 1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻（pín）調速控製，實現負載（zǎi）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，調整磨鞮高度來改變（biàn）係（xì）統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電（diàn）機采用變頻調速，適應工況能力（lì）強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加（jiā）了速度調節以快速適應係統工作環境，係統（tǒng）反應速度更快。 (2）係統簡單（dān）,可靠性高 傳統係統因三相感應（yīng）電機無法在低速（sù）實現大轉矩（jǔ）輸出（chū），需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保（bǎo）證在電機起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（yīng）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（chéng）複雜，係統運行（háng）的輔助設備很多。直（zhí）驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電（diàn）機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單（dān）。 (3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定 傳統係統先由低速盤（pán）車係統起動（dòng），待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，係統（tǒng）運行。係統控製複雜，低速無法實（shí）現過載輸出。在低速過程（chéng）需要盤車係統，將轉速提高到三相感應（yīng）電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係（xì）統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程（chéng）可根據實際工況進行（háng）調整（zhěng），以（yǐ）滿足各種工況的需求。低速可過（guò）載輸（shū）出，滿足起動需要，取代盤（pán）車係統。 (4）無減速器，維護成本更低,維護次數少 係統（tǒng）各構（gòu）成單元均需要時（shí）常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同（tóng）時立磨減（jiǎn）速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高（gāo）。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（qū）係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直（zhí）接（jiē）驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外（wài）進行維護（hù），係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。 (5）傳動效率高,節能效果明顯 綜上采用直（zhí）驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照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（tóng），這裏不再一—贅述。 2、永磁直（zhí）驅立磨結（jié）構示意圖 本新（xīn）型立（lì）磨結構采用永磁直驅電（diàn）機驅動,提（tí）高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力（lì）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（fāng）便（biàn）加工、生產（chǎn）、運輸、裝配（pèi）、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（shè）計了三種立磨專用永磁電機，代（dài）替傳統的減速（sù）機與三相異步電動（dòng）機，永磁直（zhí）驅電機具有雙（shuāng）向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便（biàn）製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁（cí）直驅礦（kuàng）用球磨機 
