永磁直驅球磨機、立（lì）磨機
1、技（jì）術（shù）背景 傳統的球磨機、立磨機大都（dōu）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（de）傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效（xiào）率低（dī）、機構（gòu）複雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽（yáng）工（gōng）業大學電機與控製技術研究所（suǒ）與河南天美传媒在线機電設備有（yǒu）限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機（jī）,通過將電（diàn）動機與機械結構進行機電（diàn）一體化設計，取消動力傳輸（shū）的中間環（huán）節，做成直驅方案，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、起動轉矩大、過載能（néng）力強、係統免維護、自動化程度高等（děng）優點。 在控製方麵（miàn）,本（běn）產品電機定子采用了模塊化設（shè）計，不僅降（jiàng）低了加工、製造、運輸等（děng）難度，還相（xiàng）當於把一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現降（jiàng）低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絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供（gòng）電，這樣設計降（jiàng）低了電機的供（gòng）電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成（chéng）本（běn）。每個模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係統，大大提升（shēng）了電機控製的自由（yóu）度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運（yùn）行部分模塊電機（jī）驅動（dòng）球磨機。 在結構方麵，本（běn）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（zǐ）分成（chéng）若（ruò）幹個相互（hù）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（tǒng）是否（fǒu）震動或偏心，定子塊始終（zhōng）跟隨（suí）轉筒運動從而保（bǎo）持定子（zǐ）與轉子間隙恒定的結（jié）構。本產品通過機械結構設計保證定子與（yǔ）轉子（zǐ）間的間隙恒定，電機不會（huì）發（fā）生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比（bǐ）普通永（yǒng）磁直驅（qū）電（diàn）機的小很多，從而大幅降低電（diàn）機永磁體用量，降低生產成本，節（jiē）約稀土資源，節（jiē）能（néng）用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸（xiè）故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產（chǎn）品完（wán）全不會因（yīn）電機發生故障而影響到生產工期。 2、球磨機專用（yòng）隨（suí）動式永磁直驅電機概述 本（běn）產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路（lù），定（dìng）子塊（kuài）就像汽車。滾（gǔn）輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起（qǐ）伏不影響車輪與地麵貼合（hé），即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼（tiē）合滾筒，保證定子、轉子（zǐ）間隙恒（héng）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（chéng）電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常（cháng）運轉，保證磨機始終運（yùn）行在性能狀態，不必停（tíng）機（jī）檢修。同時電機定子與轉（zhuǎn）子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用（yòng）量，並且因為隨動式結構，電機不會發生（shēng）掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式結構,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（suí）動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾（gǔn）輪（lún）貼合滾筒來（lái）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（kuàng）架相連的彈性機構。彈性機（jī）構在球磨機滾筒不（bú）偏心時處於（yú）半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會（huì）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（fāng）彈性機（jī）構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁（cí）體（tǐ）對其向上的（de）吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子（zǐ）塊的滾輪（lún）依然貼合轉筒外（wài）表麵，使定子（zǐ）塊跟隨轉（zhuǎn）筒波（bō）動而進（jìn）行徑向與圓周（zhōu）方向的移（yí）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，則上方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其向下的吸引（yǐn）力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉（zhuǎn）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（zhì）不同的壓力,避免（miǎn）因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較（jiào）快。 本產品將永磁電機（jī）采用模塊化控製，根據（jù）不同功率的電機設計（jì）采用不同個數的隨動式定子塊構（gòu）成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台（tái）模塊電（diàn）機共用同一個轉子（zǐ），模塊電機包繞式安裝在球磨機（jī）滾筒上。相鄰隨動式定（dìng）子塊間設（shè）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。球磨機滾筒的（de）法蘭處銜接T型支撐板,用於支（zhī）撐安裝電機轉子鐵（tiě）心及磁鋼。 本產品的隨（suí）動式（shì）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、彈性機構、彈性機構與定子塊（kuài）之間的（de）連接杆、彈性機構支撐架，即可（kě）將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的（de）定子塊。 3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動（dòng）係統的優點 現階段大多數的（de）球磨機仍采用三相感（gǎn）應電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝（zhuāng）置以及齒輪結（jié）構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優（yōu）勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降（jiàng）低，節約了能源。永磁電機通過變（biàn）頻器進行調速，電（diàn）機（jī）運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起（qǐ）動相對（duì）困難。這些也是近（jìn）年來永磁電機應用越來越廣（guǎng）泛的原因。 采用（yòng）永磁直驅，取消了中（zhōng）間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅（qū）係統的傳動效率將（jiāng）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（shēng），而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便（biàn），還避（bì）免了傳統設備因漏油造成環境（jìng）汙染。 由於本產品電機（jī）定子采用了（le）模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸（shū）等難度，還相當於把一個大功率（lǜ）電機做成了多個（gè）小（xiǎo）功率電機。模塊（kuài）化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓（yā），但是不增加（jiā）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。這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球（qiú）磨機運行在輕載工況時,完（wán）全（quán）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（dǎo）致電機合成磁動勢發生畸變（biàn），諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯（xiǎn）著增加，無法繼續（xù）正常（cháng）運行。而本產品進行了模塊化設計（jì），每個模塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係（xì）統，大大提升（shēng）了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機（jī）更換新的模塊電機即可正（zhèng）常運行。模塊化電機具（jù）有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控（kòng）製其（qí）餘正常子模（mó）塊降額運行。使用本產品完全（quán）不會因電機（jī）發生故障而影響（xiǎng）到生產工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變（biàn）或重載產生震動等因素（sù）會發生轉子偏心現（xiàn）象，偏心（xīn）嚴重時還（hái）會造成電機掃膛（táng）損（sǔn）壞電（diàn）機，實際生產（chǎn）中常常（cháng）通過增加氣隙大小來預防掃（sǎo）膛，而氣（qì）隙增大會導（dǎo）致永磁（cí）體用量增加，提高電機製（zhì）造成本。隨動式定（dìng）子結構的模塊電機，能在轉筒偏（piān）心時保證定子與（yǔ）轉子之間的間隙恒定（dìng），可將氣隙做的更小，減少永磁體用（yòng）量，電機不會發生掃膛（táng）現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續（xù）正常工作，檢（jiǎn）修次數更（gèng）少，工作時（shí）間更長，大（dà）體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就（jiù）是提高（gāo）生產效率。 4、隨動式球磨機（jī）裝配示意圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對（duì）比於傳（chuán）統感應電機的優點（diǎn）( 1）變頻調速控製，實現負載工況（kuàng）多樣性 傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發（fā）事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速（sù）度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適（shì）應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增（zēng）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（kě）靠性高 傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉（zhuǎn）矩輸出，需要（yào）額外的盤車係統滿足立磨（mó）的低速起動。為（wéi）保證在電機起動（dòng）過程不對電網造成過大（dà）的衝（chōng）擊（jī），需增加軟起動裝置。三相感應電機起（qǐ）動後，通過減速器滿足係統轉矩（jǔ）需要，整個係統構成（chéng）複雜，係統運行（háng）的輔助設（shè）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（xìng）滿足需（xū）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（suí）意設定（dìng） 傳統係統先由低速（sù）盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後（hòu），軟起（qǐ）動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將（jiāng）轉速提高到三相感應電機起動（dòng）條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運（yùn）行，係統控製簡單（dān）。變頻控製起動過程可根據實際工（gōng）況進行（háng）調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿（mǎn）足起動需要，取代盤車係統。 (4）無減速器，維護成本更低,維護次（cì）數少（shǎo） 係統各構成單元均需要時常檢查和（hé）定期（qī）維護，傳統係統構成單（dān）元多。同（tóng）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（kuàng）下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁（cí）同步電（diàn）機（jī）直接驅動，控製方便（biàn）。係統內無減速器，無需額外進行維（wéi）護，係統（tǒng）維護成本低。同時，係統可（kě）實現（xiàn）在電機低速運行情況下（xià）進行係統維護。 (5）傳動效率高,節能效果明顯 綜上采用直驅永磁電（diàn）機（jī）取代傳統驅動係統年（nián）節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直（zhí）驅係統（tǒng）的優勢與球磨機（jī）直驅係統相（xiàng）同，這裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示（shì）意圖 本新型立磨結構采用（yòng）永磁直驅電機驅動,提高了立磨（mó）效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通（tōng）過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑（jìng）軸（zhóu）承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本（běn）,在工程實際中具有很（hěn）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（yǒng）磁電機，代替傳統的減速機與三相（xiàng）異步電動機（jī），永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放（fàng）置（zhì）位置，均能達到扶（fú）正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請（qǐng）專 利。
永磁直驅礦（kuàng）用球磨機 
