永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術（shù）背景 傳統的球（qiú）磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝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冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量（liàng）大等問題。 沈陽（yáng）工業（yè）大學電機（jī）與控製技術研究所與河南全新機電設備有限公司聯合設計研發（fā）的球磨機（jī）、立磨機采用永磁直驅電機,通過（guò）將電（diàn）動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸（shū）的中間環節，做（zuò）成直驅方案，能直接滿（mǎn）足荷（hé）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（gōng）率（lǜ）因數，具有節能、起動轉矩（jǔ）大、過載能力（lì）強、係統免維護、自動化（huà）程度高等優點（diǎn）。 在控製方麵,本產品電機定（dìng）子采用了模塊化設計（jì），不僅降（jiàng）低了（le）加工、製造、運輸（shū）等難度，還相當於把一（yī）個大功率（lǜ）電（diàn）機做成了多（duō）個小功（gōng）率電機。模（mó）塊化電機的控製（zhì）技術可以實現降低（dī）大（dà）功率電機的輸（shū）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（kuài）化電機采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（biàn）頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具有（yǒu）一套獨立的控製係統，大（dà）大提升了電（diàn）機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球（qiú）磨機。 在結構方麵，本（běn）產品電機（jī）的定子采用了一種（zhǒng）自主設計研發（fā）的隨動（dòng）式結構，將整圓的定子分成若幹個相（xiàng）互存在間隙的小扇形塊，通過機械結（jié）構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或（huò）偏心，定子塊始（shǐ）終跟隨轉筒運動從而保持定（dìng）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子（zǐ）間的間（jiān）隙恒定，電（diàn）機（jī）不會發生掃膛現（xiàn）象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小（xiǎo）很多，從而大幅（fú）降低電機永磁體用量，降低生產（chǎn）成（chéng）本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時（shí），直接拆（chāi）卸故障電機（jī），更（gèng）換新的模（mó）塊電（diàn）機即可正常運行。使用本（běn）產品完（wán）全不會因電機（jī）發生故障而影響到生產工期（qī）。 2、球磨機專用隨動式永磁直（zhí）驅電機概述 本產品的（de）隨動式（shì）定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子（zǐ）塊就像（xiàng）汽車（chē）。滾（gǔn）輪貼（tiē）合滾筒旋（xuán）轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車（chē）輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合（hé）滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在（zài）球（qiú）磨機因（yīn）裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因（yīn）造成電（diàn）機偏心、氣隙（xì）不（bú）均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始（shǐ）終運（yùn）行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間（jiān）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（diàn）機不會發生掃膛現（xiàn）象。 本（běn）產品電機的定子（zǐ）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（qí）隨（suí）動原理（lǐ）是（shì）在定子塊的（de）軸向兩側安裝（zhuāng）滾輪且滾輪（lún）貼合滾筒來確定定子與轉子間（jiān）的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐（chēng）框架相連（lián）的彈性機構。彈性機構在（zài）球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如（rú）果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上（shàng）方（fāng）彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向（xiàng）上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保（bǎo）證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使（shǐ）定子塊跟隨轉筒波（bō）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（xì）不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上（shàng）方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力（lì）的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。 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置不同的壓（yā）力,避免因彈性裝（zhuāng）置設置的壓力過大造成滾輪或（huò）轉筒磨損較快。 本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊（kuài）構成一台模塊電機，一（yī）台整（zhěng）圓電機由（yóu）多台模塊電機構成,多台模塊（kuài）電機共用同一個轉子，模塊電機包繞（rào）式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨（suí）動式（shì）定子塊間設有固定（dìng）在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的（de）法蘭（lán）處銜接T型支撐板（bǎn）,用於支撐安（ān）裝電機轉子鐵心及磁鋼。 本產品的（de）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拆卸密封外殼、彈性（xìng）機構、彈性（xìng）機（jī）構與定子塊之間的連接杆、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（huàn）新的定子塊。 3、采用本產品代替傳統磨機的電機（jī）驅動係統的優（yōu）點 現階段大多數的球磨機（jī）仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動。永（yǒng）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（hào）大大降低（dī），節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩（wěn），係統響應速度快，感應電機則（zé）起動相（xiàng）對困難。這些也是近年來永磁電（diàn）機應用（yòng）越來越廣泛（fàn）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（dòng）環節，縮短係（xì）統的傳動鏈，直驅係統（tǒng）的傳動效率將提升至少20%。球磨機（jī）直驅係統（tǒng）的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢（jiǎn）修方便，還避免了（le）傳統設備因漏（lòu）油造成環境汙染。 由於本產（chǎn）品電機定子采用了模塊化設計（jì），不僅降低（dī）了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成（chéng）了（le）多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低（dī）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（jí）絕緣，模塊化電（diàn）機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電（diàn）。這樣設計降低了電（diàn）機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而（ér）降低成本。球磨機運行（háng）在輕（qīng）載（zǎi）工況時,完全可以隻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（xù）正常運行（háng）。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以（yǐ）利（lì）用其多電機結構和控製靈（líng）活的優勢，在發生故（gù）障時。可以直接拆卸故障電機更換新（xīn）的模塊電機即可（kě）正常運行。模塊化（huà）電機具有冗餘的模塊（kuài）數，也（yě）可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品（pǐn）完全（quán）不會因電（diàn）機發生故（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（shēng）震動等因素會發生轉子偏心（xīn）現象，偏心嚴重時還會（huì）造成電機掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產中常常通（tōng）過增（zēng）加氣隙大（dà）小來（lái）預防掃膛，而氣隙增大會導（dǎo）致永磁體用量增加，提（tí）高電機製（zhì）造成本。隨動式定（dìng）子（zǐ）結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子（zǐ）之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現（xiàn）象，同時因為該隨動式定子（zǐ）結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數（shù）更（gèng）少，工（gōng）作時間更長，大體積球磨機檢（jiǎn）修複雜，降低檢（jiǎn）修次數就是提高生產效率。 4、隨動式（shì）球磨機裝配示意圖 二（èr）、永磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性 傳統立磨速度單一，工況適應能（néng）力差。遇到突發（fā）事（shì）件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電（diàn）機采用變頻調速（sù），適應工況能力強。遇到突（tū）發（fā）事件，除調整磨輾高度外，還增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,可靠性高 傳統係統因（yīn）三相感應電機（jī）無法在（zài）低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過（guò）大的衝擊，需（xū）增加軟起（qǐ）動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩（jǔ）需（xū）要，整個係統構成複雜，係統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（bù）電機起動，轉矩特性滿足需要，無（wú）需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單（dān）。 (3）變頻（pín）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，待三相感（gǎn）應電機（jī）達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法（fǎ）實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速（sù）提高到三相感（gǎn）應電機起動條件。直驅係統直接變頻低（dī）速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變（biàn）頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以（yǐ）滿足各種工況的（de）需求。低速（sù）可過載輸出，滿足起（qǐ）動（dòng）需要，取代盤車係統。 (4）無減速（sù）器（qì），維護成本更低,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，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行（háng）係統維護（hù）。直驅係統構成（chéng）單元簡單，變（biàn）頻器（qì）控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無（wú）減速器，無需額外進行維（wéi）護，係統維護成（chéng）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（chuán）動效率高,節能效果明顯 綜（zōng）上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機（jī）直驅係統（tǒng）相同，這裏不（bú）再（zài）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直驅電機驅動,提高了立磨效率。在（zài）立磨扶正軸承與（yǔ）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（gòu）替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸（shū）、裝配（pèi）、維修，並（bìng）降低成本,在工程實際中具有很強的實用型（xíng）。 針對大、中、小型不同（tóng）尺（chǐ）寸的立磨（mó），分（fèn）別設計了三種立磨（mó）專用永磁電機，代替傳（chuán）統的減速（sù）機與三相異步電動（dòng）機，永磁直驅電（diàn）機具（jù）有（yǒu）雙向（xiàng）載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓（yā）的作用（yòng），並且方便製造、裝（zhuāng）配維護，節（jiē）省成本（běn）。均已申請專 利。
永（yǒng）磁直驅礦用球磨機 
