永磁直驅球磨機、立（lì）磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器（qì）、減速（sù）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（dòng）鏈冗（rǒng）長、效率（lǜ）低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽工業（yè）大學電機與控製技術研究所與河南天美传媒在线機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立（lì）磨機采用永磁直驅電機,通過將電動（dòng）機與機械結構進（jìn）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（zhí）接滿足荷載的需求，省去傳統磨機（jī）的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起（qǐ）動轉矩大、過載能力強、係統（tǒng）免維護、自動化程度高等優點。 在控製方麵,本產品電機（jī）定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工、製造、運輸等難（nán）度，還相當於把一個大功率電機做成了多（duō）個小功率電機。模塊化電機（jī）的控製技術可以實現（xiàn）降低（dī）大功（gōng）率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電機的輸入（rù）電流（liú），電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功（gōng）率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的供電電壓和（hé）使用的變頻器容量，從而降低成本。每個（gè）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度，球磨機運行在輕載工（gōng）況（kuàng）時，完全（quán）可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整（zhěng）圓的定子分成若幹個相互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是否震動或偏心，定（dìng）子塊始終跟隨轉筒運動從（cóng）而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保（bǎo）證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會（huì）發生掃膛現象，因此電機的氣（qì）隙可（kě）以（yǐ）設（shè）計（jì）的比普通永磁直驅電機的小很多，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，節能用電（diàn）量。當模塊發生故障時，直（zhí）接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會（huì）因電（diàn）機發生故障而影響到生產工期（qī）。 2、球磨機專用（yòng）隨動式永磁直驅電機概述 本產品的隨動式定子結構構成（chéng）一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像（xiàng）汽車。滾輪貼合（hé）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（yǔ）地麵貼合，即滾筒偏心（xīn）浮動不影響滾輪貼合滾筒（tǒng），保證定子、轉子間隙恒（héng）定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震（zhèn）動（dòng）等原因造成電機偏心、氣（qì）隙不均勻時，仍能正（zhèng）常運轉，保證磨機始終運行在性能（néng）狀（zhuàng）態，不（bú）必停機檢修。同時（shí）電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，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（jī）於模塊化永磁（cí）直驅電機，采用獨立的扇形定子（zǐ）塊結構，其隨動（dòng）原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪（lún）且滾輪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）框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時（shí）處於半壓縮狀態,如果球磨機滾（gǔn）筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊（kuài）上安裝的滾輪，進（jìn）而帶動（dòng）定子塊向（xiàng）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，定子塊上的彈性機構將其向（xiàng）上頂，保證下方定（dìng）子塊的滾輪依然貼合轉筒外（wài）表（biǎo）麵，使定子塊跟隨轉筒波動（dòng）而進行徑向與圓（yuán）周方向的移動，從（cóng）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（xià）波動，則上方（fāng）定子塊在受（shòu）到永磁體（tǐ）對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被（bèi）轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調（diào），對於（yú）不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝（zhuāng）置設置的壓力過大造成滾（gǔn）輪或轉筒磨（mó）損（sǔn）較快。 本產品將永磁電（diàn）機（jī）采用模塊化控（kòng）製，根據不同功率的（de）電機設計（jì）采（cǎi）用不同個數的（de）隨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,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊（kuài）電機包繞式安裝（zhuāng）在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支（zhī）撐框架上的擋板來對定子塊進行（háng）圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處（chù）銜接T型支撐板（bǎn）,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機（jī）構、彈性機構與（yǔ）定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。 3、采用本產品代替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（xiàng）感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結（jié）構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功（gōng）率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁（cí）電機通過變（biàn）頻（pín）器進行（háng）調（diào）速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應（yīng）電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越（yuè）廣泛（fàn）的原因。 采用永磁直驅，取消（xiāo）了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的（de）傳動環節，縮短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係統的傳動效（xiào）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（de）故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成（chéng）了多個小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的控製技術（shù）可（kě）以實（shí）現降低（dī）大功率電機的輸入電壓（yā），但是不增加（jiā）電機的輸入（rù）電流，電機不必采用高等（děng）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（jī）的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在（zài）輕載工況時,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（jiā），無法繼續正常運行。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係統，大（dà）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（huó）的優勢，在發（fā）生故障時（shí）。可以直接拆卸故障（zhàng）電機更換新的模塊電機即可正（zhèng）常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數（shù），也可切除（chú）故障子模（mó）塊而控製其餘正常子模（mó）塊降額運行。使用本產品完（wán）全不會因電機（jī）發生故（gù）障（zhàng）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（děng）因素（sù）會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成（chéng）電機（jī）掃膛損壞電機，實際生產（chǎn）中常（cháng）常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增（zēng）大會導致永磁體用量增加，提高電機（jī）製造成（chéng）本。隨動式定子結構的模塊（kuài）電機（jī），能在轉筒偏心時保證定子與（yǔ）轉子之間（jiān）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象，同時因為該隨動式定子結構在偏（piān）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，降低檢修次數就（jiù）是提高生產效率。 4、隨動式球磨機裝配示意圖 二、永磁直驅立磨（mó）技術 1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優（yōu）點( 1）變頻調速控（kòng）製，實現負載工況多樣性 傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到（dào）突發事件，調（diào）整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調（diào）速（sù），適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調（diào）節以快速適應係統工作環境（jìng），係（xì）統反應速度（dù）更快。 (2）係統簡（jiǎn）單,可靠性高 傳統係統因三相感應電機（jī）無（wú）法在低（dī）速實現大轉矩輸出，需（xū）要額外的盤車係統滿足立（lì）磨的低速起動（dòng）。為保證在電（diàn）機起動過程不對電網造（zào）成（chéng）過大的衝擊，需增（zēng）加軟（ruǎn）起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備（bèi）很多。直驅（qū）係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，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（pín）器軟起動，起（qǐ）動過程隨意（yì）設定 傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝（zhuāng）置起動（dòng）三（sān）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（tǒng），將（jiāng）轉速（sù）提高到三相感（gǎn）應電機起動條（tiáo）件。直驅係統直（zhí）接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過（guò）程可根據實際工況進行（háng）調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載（zǎi）輸出，滿足起動需要，取代盤車係（xì）統（tǒng）。 (4）無減速器，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（gòu）複（fù）雜需要經（jīng）常維護，維護成（chéng）本費用（yòng）高。同時係統無法實（shí）現在低速運行的情況下進行（háng）係統維護。直驅係統構（gòu）成單元簡單，變頻器（qì）控製永磁（cí）同步電機直接（jiē）驅動，控（kòng）製方便。係（xì）統內無減（jiǎn）速器，無需額外進（jìn）行維護，係統維護成本低。同時（shí），係統可實現在電機低（dī）速運行情況下進行係統維護。 (5）傳動效率高（gāo）,節能效果明顯（xiǎn） 綜（zōng）上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統（tǒng）年節（jiē）電量（liàng）達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤（kūn）磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相（xiàng）同（tóng），這裏不再一—贅（zhuì）述（shù）。 2、永磁直驅立磨結構示意圖 本新型立磨結（jié）構采用永磁直驅電機驅動,提高了立（lì）磨效率。在（zài）立（lì）磨（mó）扶（fú）正軸承與壓力軸承上進行突破，通過（guò）設計一種雙向載荷扇形模塊機構替（tì）代大直徑軸承，方便加工、生產（chǎn）、運輸、裝配、維（wéi）修，並降低成本,在工（gōng）程實際中具有很強的實用型。 針（zhēn）對大、中、小（xiǎo）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（jī），代替傳統的減速機與三（sān）相異（yì）步電動機，永（yǒng）磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位（wèi）置，均能（néng）達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
