永磁（cí）直驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大都采（cǎi）用三相異步電動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機（jī）的傳動係統存在機（jī）械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護（hù）工作量大等問題。 沈陽工（gōng）業大學電機（jī）與（yǔ）控製技（jì）術研究所與（yǔ）河南春梦直播機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機（jī）、立磨（mó）機采用永磁（cí）直驅電機,通過（guò）將電動機與機械結構進行機電一（yī）體化（huà）設（shè）計，取消動（dòng）力傳輸的中間（jiān）環節，做成（chéng）直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動（dòng）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,本產品電機定（dìng）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（le）多個小（xiǎo）功（gōng）率電機。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，這樣設計降低了電（diàn）機的供電電壓和使用的變頻器（qì）容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的（de）控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載（zǎi）工況時，完全可以隻運行部分（fèn）模塊電機驅動球磨機。 在結構方麵，本產品電機的定子采（cǎi）用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成（chéng）若幹個相互存在間隙（xì）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（tǒng）是否震動或偏心（xīn），定子塊始終跟隨轉筒運（yùn）動（dòng）從而保持（chí）定子與轉子間隙恒（héng）定的結（jié）構。本產品通過機械結（jié）構設計保證定子與轉子間（jiān）的間隙恒定，電機不會發生（shēng）掃膛現象（xiàng），因此電機的氣（qì）隙可以設計的比普通永磁直驅電機的（de）小很多，從而大幅降低（dī）電機永磁（cí）體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用（yòng）電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障（zhàng）電機，更（gèng）換新的模塊電機即可（kě）正常運行。使用本產品（pǐn）完全不（bú）會因電機發生故障而影響到生產工期。 2、球磨（mó）機專用隨動式永磁直驅電（diàn）機概述 本產品（pǐn）的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像（xiàng）公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不（bú）影響滾輪貼合滾筒，保證定（dìng）子、轉子間隙恒定，在（zài）球磨機（jī）因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重（chóng）載震動等原因造（zào）成電機（jī）偏心（xīn）、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保（bǎo）證磨機始終運行在性能狀態，不必（bì）停機檢修。同（tóng）時電機定子與轉子間（jiān）的間隙（xì）也可以做的更小（xiǎo），減少（shǎo）永磁體用量，並且因為隨動式（shì）結構，電機不會發生掃膛（táng）現象。 本產品電機的（de）定子（zǐ）為隨動式結（jié）構,基於模（mó）塊化永磁直驅（qū）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（liǎng）側安裝（zhuāng）滾輪且滾輪貼（tiē）合滾筒來確定定子與轉子間（jiān）的間隙，定子塊徑向外側（cè）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，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶（dài）動定子塊向上移動，上方彈性（xìng）機構繼續（xù）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（qí）向上（shàng）頂，保證下方定子塊的滾（gǔn）輪（lún）依然貼合轉筒外（wài）表麵，使（shǐ）定子塊（kuài）跟隨轉（zhuǎn）筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉（zhuǎn）子之間的間隙不變。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（shí），彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒（tǒng）向下壓。 本產（chǎn）品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的（de）壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨（mó）損較快。 本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同（tóng）個數的（de）隨動式定子（zǐ）塊構成一（yī）台模塊電機，一（yī）台整圓電機由多台模塊電機構成（chéng）,多台模塊（kuài）電機共（gòng）用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相（xiàng）鄰隨（suí）動式定子塊間（jiān）設有（yǒu）固（gù）定在（zài）支（zhī）撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方（fāng）向的限位。球磨機滾筒的（de）法蘭處銜接T型支撐板（bǎn）,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼（gāng）。 本產品的（de）隨動式定（dìng）子塊安（ān）裝拆卸十分便捷（jié），隻需（xū）要沿球磨機的徑（jìng）向依次拆卸密封（fēng）外殼、彈性機構（gòu）、彈性機構與定子塊之間（jiān）的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定（dìng）子塊沿徑向拉出（chū），進行檢修或更換新的定子塊。 3、采用本產品代替（tì）傳統磨機的電機驅動係統的優點 現階段大（dà）多（duō）數的球磨機仍采用三相感應電（diàn）動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置（zhì）以及齒輪結構進行（háng）驅動。永磁同步電（diàn）機與感應電機相比優勢是它有較高（gāo）的效率和功率因數，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（diàn）機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相（xiàng）對困難。這些也是近年來永磁電機應用（yòng）越來越廣泛的原因。 采用永磁直驅，取消了（le）中間的（de）減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係（xì）統的傳動鏈，直驅（qū）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得到大幅提升，而且直驅係統的故障率（lǜ）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。 由於本產品電機定子采用（yòng）了模塊化設計，不僅降低了加（jiā）工，製造，運輸等（děng）難度，還（hái）相當於把一個大功率電（diàn）機做成了多個小功率（lǜ）電機。模塊化電機的控（kòng）製技術可以實現降低大功率電機的輸入電（diàn）壓，但是不增加電（diàn）機的輸入（rù）電流，電機不必采用高等級絕緣（yuán），模塊（kuài）化電機采（cǎi）用多（duō）台（tái）小功率變頻器（qì）聯合供電（diàn）。這樣設計降低了電機（jī）的供電電壓和使用（yòng）的變（biàn）頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻（zhī）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（shēng）畸變（biàn），諧波含量增加，平均（jun1）轉矩（jǔ）下降（jiàng），轉矩波動顯著增加，無法繼續（xù）正常運（yùn）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控製（zhì）係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結（jié）構和控製靈活（huó）的優勢，在發生故障時。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。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也（yě）可切除故障子模（mó）塊而控製（zhì）其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生（shēng）故障而影響（xiǎng）到生產工期。 球磨（mó）機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時（shí）還會造（zào）成電機掃（sǎo）膛損壞電機，實（shí）際生產中常常通（tōng）過增加氣隙（xì）大小來預防掃膛，而氣（qì）隙（xì）增大會導致永磁體用量增加，提（tí）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（shí）保證定子與轉子之間的間隙恒定，可（kě）將氣隙（xì）做的更小，減少永（yǒng）磁體用量，電機不會發生（shēng）掃膛現（xiàn）象，同時因為該隨（suí）動式定子結（jié）構在（zài）偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時（shí）間更長（zhǎng），大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次（cì）數就是提高生產效（xiào）率。 4、隨動式球（qiú）磨機裝配示意圖 二、永磁直驅（qū）立（lì）磨技術 1、立磨直驅對比於（yú）傳統感應電機的優點( 1）變頻（pín）調速控製，實現負載工況多樣（yàng）性 傳統立磨速度單一，工況適（shì）應能力差。遇到突發事件，調（diào）整磨鞮（dī）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，適應工況能力強。遇（yù）到突發事件，除（chú）調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快（kuài）速適應係統工（gōng）作環境，係統反應速（sù）度更快。 (2）係統簡單,可靠性高 傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要（yào）額外的盤車係統滿足立磨的低（dī）速起動（dòng）。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的（de）衝擊，需增加軟起（qǐ）動裝置。三相（xiàng）感應電機（jī）起（qǐ）動後，通過減（jiǎn）速器滿足（zú）係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統（tǒng）運行（háng）的輔（fǔ）助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動（dòng），轉矩特性滿（mǎn）足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。 (3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定 傳統係（xì）統先由（yóu）低速盤車係統起動，待三（sān）相（xiàng）感應電機（jī）達到起動條件（jiàn）後，軟起動（dòng）裝置起（qǐ）動三相感應電機，係統運行。係統（tǒng）控製複雜，低速無法實（shí）現過載輸出。在（zài）低速過程需要盤車係統，將轉速提高（gāo）到三相感應電機起動條件（jiàn）。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接（jiē）運行，係統控製簡單。變頻控製起動過（guò）程可根據實際工（gōng）況（kuàng）進行調整，以滿足各種工（gōng）況（kuàng）的需（xū）求（qiú）。低速可（kě）過載輸出，滿足起動（dòng）需要，取代盤車係統。 (4）無減速（sù）器，維護成本更低,維護次數少 係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。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護（hù）成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成（chéng）單元簡單，變頻（pín）器控製永磁同步電（diàn）機（jī）直接驅動，控製方便。係統內無減（jiǎn）速器，無需額外（wài）進行維護，係（xì）統維護成本低。同時，係統可實現在電機（jī）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（xiǎn） 綜上采用直驅（qū）永磁（cí）電機取代傳統驅動（dòng）係統年（nián）節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤（kūn）磨機直驅係統（tǒng）的（de）優勢與球磨機直驅係統相同，這（zhè）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（gòu）采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸（zhóu）承與壓力軸承上進行突破，通過設計（jì）一種雙向載（zǎi）荷扇形模塊機構替代（dài）大直徑軸承，方便加工、生產、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，分別設計（jì）了三種立（lì）磨專用永磁電機，代替（tì）傳統的減速（sù）機與三（sān）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，均能達到扶（fú）正與（yǔ）承（chéng）壓的作（zuò）用，並（bìng）且方便製造、裝（zhuāng）配維護，節省成本。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦用球磨（mó）機 
