永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的（de）球磨機（jī）、立磨機大（dà）都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的（de）傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複（fù）雜、運行維護工作（zuò）量大等問題。 沈陽工（gōng）業大學電機與（yǔ）控製技術研究所與（yǔ）河南91视频网機電設備（bèi）有限公司聯合設（shè）計研發的球（qiú）磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與（yǔ）機械（xiè）結構進行（háng）機電一體（tǐ）化（huà）設計，取消動力傳輸的中間環（huán）節，做成（chéng）直（zhí）驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機（jī）的效（xiào）率與（yǔ）功率因數，具有節（jiē）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（mó）塊化設計，不僅（jǐn）降低了加（jiā）工、製（zhì）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。模塊化電機的控製技術（shù）可以實現降低大功率（lǜ）電機的輸入（rù）電壓，但是不（bú）增加電機的輸入電流，電機（jī）不必采用（yòng）高等（děng）級絕緣。模塊化電機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯（lián）合供電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由（yóu）度，球磨機運行在輕載工況時（shí），完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機驅動球磨機。 在結（jié）構方麵，本產品電機的定子采用了一種（zhǒng）自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在（zài）間隙的小扇形塊，通過機械結（jié）構設計（jì），確定了一種無論球磨機轉筒是否（fǒu）震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與（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（fā）生掃膛現象，因此電機（jī）的氣隙可以設計（jì）的比普通永磁直驅電機的（de）小很多（duō），從而大幅（fú）降低電機永磁體用量，降低生（shēng）產成本，節（jiē）約稀土資源（yuán），節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機（jī），更換新的模塊電（diàn）機即可正常運行。使用本產品完全（quán）不會因電機發生故（gù）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 本產品的隨動式定子結（jié）構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，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，公路的起伏不（bú）影響車輪與地麵貼合，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、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電（diàn）機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉（zhuǎn），保證磨機始終（zhōng）運行在性能狀態，不（bú）必停（tíng）機檢修。同時電機定子與轉（zhuǎn）子間的間隙也可以（yǐ）做的（de）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。 本產品電機的定子為（wéi）隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定（dìng）定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外（wài）側設有與支撐框架相連（lián）的彈性機構（gòu）。彈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（xià）方定子塊在受到永磁（cí）體（tǐ）對其向上的吸引力（lì）的同時，定子塊上的彈性機構（gòu）將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合（hé）轉（zhuǎn）筒（tǒng）外表麵，使定子塊跟（gēn）隨轉筒波動而（ér）進（jìn）行徑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（mó）機（jī）滾筒向下複位（wèi）或繼續向下波動，則上方定子塊在受（shòu）到永磁（cí）體對其（qí）向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向（xiàng）下壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設（shè）置不同（tóng）的壓力,避（bì）免因彈（dàn）性裝（zhuāng）置設置的壓力過大造（zào）成（chéng）滾（gǔn）輪或轉筒磨損較快。 本（běn）產品將永磁電（diàn）機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊（kuài）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（duō）台（tái）模塊（kuài）電（diàn）機共用同一個轉子，模塊電機包繞式（shì）安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定（dìng）子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機（jī）滾（gǔn）筒的（de）法蘭處銜接T型（xíng）支撐板,用於支撐安裝（zhuāng）電機轉子鐵心及磁（cí）鋼。 本產品的隨動式定子塊安裝（zhuāng）拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依（yī）次拆（chāi）卸密（mì）封外殼（ké）、彈性機構、彈性機構與定子塊之（zhī）間（jiān）的連接杆、彈性機（jī）構支撐架，即可將定子（zǐ）塊（kuài）沿徑向拉出，進行檢修或更換新的（de）定子塊。 3、采用本產（chǎn）品代替（tì）傳統磨機的電機驅動係統的優點 現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動（dòng）機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結構進行驅動（dòng）。永磁同步電機（jī）與感應電機相比優勢是它有較高的效（xiào）率和功率（lǜ）因數（shù），損耗大大降（jiàng）低（dī），節約了能源（yuán）。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。這些（xiē）也是近年來永磁（cí）電機應（yīng）用越來越廣泛的原因。 采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯（lián）軸器、及齒輪的傳動（dòng）環節，縮短係統（tǒng）的傳（chuán）動鏈，直驅係統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，而且直驅係統（tǒng）的故障（zhàng）率低，維護檢修方便，還避免了傳（chuán）統設備因漏油造成環境汙（wū）染。 由（yóu）於本產品電機定子采用了模塊化設計，不（bú）僅降低了加（jiā）工，製造，運（yùn）輸等難度，還相（xiàng）當於（yú）把一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化（huà）電機的（de）控製技（jì）術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電（diàn）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（qì）聯合供電。這樣設計降（jiàng）低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而（ér）降低成本。球磨機運行（háng）在輕載工況時（shí）,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 傳統電機故（gù）障（zhàng）時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量（liàng）增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯（xiǎn）著增加，無法繼續（xù）正（zhèng）常運行（háng）。而本產（chǎn）品進行了（le）模塊化設計（jì），每個模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製係統，大大提升（shēng）了電機控製的自由（yóu）度,可以（yǐ）利（lì）用其多電機結構和控製靈活的（de）優勢，在發生故障（zhàng）時。可以直接拆卸（xiè）故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模（mó）塊（kuài）化電機具有冗餘的模塊數，也可（kě）切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行（háng）。使用本產品完（wán）全不會因電機發（fā）生故（gù）障而影響到生產工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因（yīn）素會發生轉（zhuǎn）子偏心（xīn）現象，偏心嚴（yán）重時（shí）還會造成（chéng）電機掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產中常常通過（guò）增加氣隙大小來預防掃膛（táng），而氣（qì）隙增大會導致永（yǒng）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，能在轉筒偏心時保（bǎo）證定子與轉（zhuǎn）子之間的間隙恒定，可將（jiāng）氣隙做的更（gèng）小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現（xiàn）象，同時因為該（gāi）隨動式定子結（jié）構在偏心（xīn）時能繼續（xù）正常工作（zuò），檢修次數更少，工作時間更長（zhǎng），大體積球磨（mó）機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。 4、隨動式球（qiú）磨機裝配示意圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨直（zhí）驅對比（bǐ）於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性（xìng） 傳統立磨速度單一，工（gōng）況適應能力差（chà）。遇到突發事件，調整磨鞮高（gāo）度來改變係統工作環境，係統（tǒng）反（fǎn）應速度慢（màn）。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（diào）整磨輾（niǎn）高度外，還增加了速度調節以快速適應係（xì）統工作環境（jìng），係統反應速度更快。 (2）係（xì）統簡單,可靠性高 傳統係（xì）統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿（mǎn）足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程（chéng）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，通過減速器滿足（zú）係統（tǒng）轉矩（jǔ）需要，整（zhěng）個係統構成複雜，係統運行的輔（fǔ）助設備（bèi）很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特（tè）性滿足需要，無需盤（pán）車係統和減速器（qì），輔助係統少（shǎo），結構簡單。 (3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定 傳統係統先（xiān）由低速盤車係統（tǒng）起動，待三相感應電機達（dá）到起動條件後，軟起動（dòng）裝置起動三（sān）相感應電機，係統運（yùn）行。係統控製複雜（zá），低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動（dòng）條件（jiàn）。直驅係統直接變（biàn）頻低速起動，係統直接運行，係（xì）統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工（gōng）況進（jìn）行調（diào）整，以（yǐ）滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要（yào），取代盤車係統。 (4）無減速器，維護成本（běn）更低,維護次（cì）數少 係統各構成單元均需要時常檢查和定期（qī）維（wéi）護，傳（chuán）統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常（cháng）維護，維護成本費用（yòng）高。同時係統無（wú）法實現（xiàn）在（zài）低速（sù）運行的情況下進行係統維護。直驅係（xì）統構（gòu）成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機（jī）直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需（xū）額外進行維（wéi）護，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（xiào）果明顯（xiǎn） 綜上采用直驅永磁電機（jī）取代傳統驅動係統年節電量達181萬元（yuán）。（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，這裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意圖 本新型立（lì）磨結（jié）構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承（chéng）與壓（yā）力軸承上進行突破，通過設計一（yī）種雙向載荷（hé）扇形模塊（kuài）機構（gòu）替代（dài）大直徑（jìng）軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在（zài）工程實際中具有很強的實用型（xíng）。 針對大、中（zhōng）、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁（cí）電（diàn）機，代替傳統的減速機與（yǔ）三相異步電動機，永（yǒng）磁直驅電機（jī）具有雙向載荷機構（gòu）與不同的放置位置，均（jun1）能達（dá）到扶正（zhèng）與承（chéng）壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直（zhí）驅礦用球（qiú）磨機 
