永磁（cí）直驅球磨（mó）機（jī）、立磨機
1、技術背景（jǐng） 傳（chuán）統的球（qiú）磨機、立磨機（jī）大都采用三相（xiàng）異步電動（dòng）機、聯軸器、減速裝（zhuāng）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（zhǎng）、效率低（dī）、機構複雜、運（yùn）行維護工作（zuò）量（liàng）大等（děng）問題。 沈陽工業大（dà）學（xué）電機與（yǔ）控製（zhì）技術研究所與河（hé）南红桃影视機電設（shè）備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機（jī）采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構（gòu）進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環（huán）節，做成（chéng）直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨（mó）機的減速機，顯著提高了電機的效率與（yǔ）功率因數，具有節能、起動轉矩大（dà）、過載能力（lì）強、係統免維（wéi）護、自動化程度高等優點。 在控製方（fāng）麵,本產品電機（jī）定子（zǐ）采用了（le）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（zuò）成了多個小功率電機。模（mó）塊化電機的控製（zhì）技術可以實現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓（yā），但是不增加電機的（de）輸入電流，電（diàn）機不必采用高等級絕緣。模（mó）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（de）供電電壓和使用的變頻器容量，從而（ér）降低成本。每個模塊電機都具有一（yī）套獨（dú）立的控製（zhì）係統，大大提升了電機（jī）控製的自由度，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（jī）。 在結構（gòu）方麵，本產（chǎn）品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨（suí）動式（shì）結構，將整圓（yuán）的定子分成若（ruò）幹個相互存在間（jiān）隙（xì）的小扇形塊，通過機械結構（gòu）設計，確定了一種無論球（qiú）磨機轉筒是否震動或（huò）偏心，定子塊始（shǐ）終跟隨（suí）轉（zhuǎn）筒運動從而保持定子（zǐ）與轉（zhuǎn）子間隙（xì）恒（héng）定的結構。本（běn）產品通過機械結構設（shè）計保證定（dìng）子與轉子間的間（jiān）隙恒（héng）定，電機不會（huì）發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比（bǐ）普通永磁直（zhí）驅電機的小很（hěn）多，從而（ér）大幅降低電機永磁體用量，降低（dī）生產成本（běn），節約稀土資源，節能（néng）用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸（xiè）故障電機，更換（huàn）新的模塊（kuài）電機即可正常運行。使用本產品（pǐn）完全不會因（yīn）電（diàn）機發生（shēng）故（gù）障（zhàng）而影響到生產工期（qī）。 2、球磨機專用隨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（yī）種“小（xiǎo）車結構”，滾筒就像公路，定（dìng）子（zǐ）塊就像汽車。滾輪貼合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車（chē）在公路行駛（shǐ），公路的起伏不（bú）影響車輪（lún）與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影（yǐng）響滾輪貼合滾筒（tǒng），保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝（zhuāng）配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均（jun1）勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時（shí）電機定子與（yǔ）轉子間的間（jiān）隙也可以做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電（diàn）機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定（dìng）子為隨動式結構,基（jī）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（kuài）的軸向兩側安裝（zhuāng）滾輪且滾（gǔn）輪貼合滾筒來確（què）定（dìng）定子與轉（zhuǎn）子間的間隙（xì），定（dìng）子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機（jī）構在球磨（mó）機（jī）滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波（bō）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（xù）壓縮;下（xià）方定子塊在受到永磁體對其向上（shàng）的吸引力的同時，定子塊上的彈性（xìng）機構（gòu）將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周（zhōu）方（fāng）向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下（xià）波動，則上方定（dìng）子塊在（zài）受到永（yǒng）磁（cí）體對其向下的吸引力的同時，彈性機構（gòu）將上方其向下壓,下方（fāng）定子塊被轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓力大小（xiǎo）可調，對於（yú）不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因（yīn）彈性裝置設置的壓力過大造（zào）成滾輪或轉筒磨（mó）損較快。 本產品將永磁電機采用模塊（kuài）化控製，根（gēn）據（jù）不同功率（lǜ）的電機設計采用（yòng）不同個數的隨動式定子塊構成一（yī）台模塊電機，一台整圓電機由多台模（mó）塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子（zǐ），模塊電機（jī）包繞式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（shàng）的擋（dǎng）板來（lái）對（duì）定子塊進行圓（yuán）周方向的（de）限位。球磨機滾筒的法蘭（lán）處銜接T型（xíng）支撐板,用（yòng）於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。 本（běn）產品的隨（suí）動式定子塊安（ān）裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的（de）徑（jìng）向依次拆卸密封外殼、彈（dàn）性機（jī）構、彈性機構（gòu）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（zǐ）塊（kuài）。 3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅（qū）動係統的優（yōu）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、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅動。永磁（cí）同步電機（jī）與感應電機（jī）相比優勢是它有較高的效率和功率因數（shù），損耗大大降低，節約了能源。永磁電（diàn）機（jī）通過（guò）變頻器進（jìn）行調速，電機運行平穩，係統響（xiǎng）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（yuè）來越廣泛的原因。 采用永磁直驅，取消了（le）中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動（dòng）環節，縮短係統的傳動鏈（liàn），直（zhí）驅係統的（de）傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率（lǜ）不僅得到大幅提升（shēng），而且直驅係統的故障（zhàng）率低，維護（hù）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（yòng）了模塊化設計，不僅降低了加（jiā）工，製造，運（yùn）輸等難度，還相當於把一個大功率（lǜ）電機做成了多（duō）個小功率電機。模塊化電（diàn）機的控製技術可以實現降（jiàng）低大（dà）功（gōng）率電機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電（diàn）機不必采（cǎi）用高等級絕緣，模塊化電（diàn）機采用多台小功率變頻器（qì）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。球磨機運（yùn）行（háng）在（zài）輕載（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（shí），會導致電機合成磁動勢發生（shēng）畸變（biàn），諧波含（hán）量增加，平均轉矩（jǔ）下降，轉矩波（bō）動顯（xiǎn）著增加，無法（fǎ）繼續正常運行。而本產品進行（háng）了模塊化設計（jì），每個模塊電機都具有一套獨立的控製（zhì）係統，大大提升（shēng）了電機控製的自（zì）由度,可以利用其多電機（jī）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更換新的模塊電機即（jí）可正常運行。模塊化電（diàn）機（jī）具有冗餘（yú）的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊（kuài）降額運行。使用本產品完全（quán）不（bú）會因電機發生故障而（ér）影響到生產工期。 球磨機因（yīn）加工誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成（chéng）電機掃（sǎo）膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大（dà）小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增（zēng）加，提高電機製造成本。隨動式定（dìng）子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證（zhèng）定（dìng）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（gāi）隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工（gōng）作（zuò），檢修次（cì）數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜（zá），降低檢修次數就是提高生（shēng）產效（xiào）率。 4、隨動式球磨機裝配示意圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對比於傳（chuán）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，工況適應能力（lì）差。遇到突發事件，調整磨鞮高度（dù）來改變係統工（gōng）作環（huán）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（lì）強。遇到突發事件，除調整磨輾高度（dù）外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係（xì）統反應速度更快。 (2）係統簡（jiǎn）單,可靠性高 傳統係統因（yīn）三（sān）相（xiàng）感應電機無法在低速實現（xiàn）大轉（zhuǎn）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不對電網造成過大的衝擊，需（xū）增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需（xū）要，整個係（xì）統構成複雜，係統運行的輔助（zhù）設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同（tóng）步電機起動，轉矩特性滿足（zú）需要，無需盤（pán）車係統和減速器，輔助係統（tǒng）少，結構簡單（dān）。 (3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定 傳（chuán）統係（xì）統（tǒng）先由低速盤車係統起動，待三相（xiàng）感應電（diàn）機達到起動條件後，軟起動裝置（zhì）起動三相（xiàng）感應電機（jī），係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低（dī）速過程需要（yào）盤車係統（tǒng），將轉速提高到三（sān）相感（gǎn）應（yīng）電機起動條件。直驅（qū）係統直接變（biàn）頻（pín）低速起動，係統直接運行，係統控製簡（jiǎn）單。變頻控（kòng）製起動過程可根據實際工況進行調整，以（yǐ）滿足各種工況（kuàng）的需求。低（dī）速可過載（zǎi）輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。 (4）無減速器，維護成本更（gèng）低,維護次數少 係統各構成單元均需（xū）要時常檢查和定期（qī）維護，傳（chuán）統係統構成單元多。同時立磨減速器結（jié）構複雜需要經常（cháng）維護，維護成本費（fèi）用高。同時（shí）係統無（wú）法實現在（zài）低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控（kòng）製永磁同步電機直接（jiē）驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行（háng）維（wéi）護，係統（tǒng）維護成本低。同時，係統（tǒng）可實現在電（diàn）機低速運行情況下進行係統（tǒng）維護。 (5）傳動（dòng）效率高（gāo）,節能效果明顯（xiǎn） 綜上采用直驅永（yǒng）磁電機取代傳統驅動係統（tǒng）年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨機直驅係（xì）統的優勢與球磨機直驅（qū）係統相同，這裏不再一—贅述。 2、永磁直（zhí）驅立磨結構示意圖 本新型立磨結構采用永磁直驅（qū）電機驅動,提高了立磨效率（lǜ）。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機（jī）構替代大直徑軸承，方便加工（gōng）、生產、運輸、裝配、維修，並降低成（chéng）本（běn）,在工程實際中（zhōng）具有很強的實（shí）用型。 針對大、中、小（xiǎo）型不同尺寸（cùn）的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替（tì）傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向（xiàng）載荷機構與（yǔ）不同（tóng）的放置位置，均（jun1）能（néng）達到扶正與承（chéng）壓（yā）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（qiú）磨機 
