永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大（dà）都采（cǎi）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（chuán）動鏈（liàn）冗長、效率低、機（jī）構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽工（gōng）業（yè）大學電機與控製技術研究所與河（hé）南全新機電設備有限公司聯合設計研發的球磨（mó）機、立磨機采用永磁直驅電機,通過（guò）將電動（dòng）機與機械結構進行機電一體（tǐ）化設計，取消動力傳輸的中間環（huán）節，做成直（zhí）驅方案，能直接滿足荷載的需求（qiú），省去傳統磨機的減速機，顯著（zhe）提高了電機（jī）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、自動化程度高等優點。 在控製方（fāng）麵,本（běn）產品電機定子采用（yòng）了模塊化設計，不（bú）僅降低了加工、製造、運輸（shū）等難度，還相當（dāng）於把一個大（dà）功率電機做成了（le）多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實（shí）現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流（liú），電機不必采用（yòng）高等級絕緣。模塊化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低（dī）了電機的供電電壓和（hé）使用的變（biàn）頻器容（róng）量，從（cóng）而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統（tǒng），大大提升了電機（jī）控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時（shí），完（wán）全可以隻（zhī）運行部（bù）分模塊（kuài）電機驅動球磨機。 在（zài）結構方麵，本產品電機的定子采用了一（yī）種（zhǒng）自主設計研（yán）發的隨動式結（jié）構，將整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（què）定了一種無論球磨機（jī）轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子（zǐ）間隙恒定的結構。本產品（pǐn）通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電（diàn）機不會發生（shēng）掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的（de）比（bǐ）普通永磁（cí）直驅電機的小（xiǎo）很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產（chǎn）成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆（chāi）卸故障電機，更換新的模塊（kuài）電機即可正常運行。使用本產品完全不會因（yīn）電機發生（shēng）故障而影響到生產工期。 2、球（qiú）磨機專用隨動式永磁直驅電機概述 本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，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（lún）與地麵貼合，即滾筒偏心浮（fú）動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球（qiú）磨機因裝配誤（wù）差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能（néng）狀態，不必停機檢修。同時電機（jī）定子與轉子間的（de）間隙也可以做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發（fā）生掃膛現象。 本產品電機的定子為（wéi）隨動式結構,基於模塊化永磁（cí）直（zhí）驅電（diàn）機，采用獨立的扇形（xíng）定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的（de）軸向兩（liǎng）側安（ān）裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定（dìng）定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框（kuàng）架相（xiàng）連的彈性（xìng）機構。彈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（shàng）波動，轉筒會向上頂（dǐng）定子塊（kuài）上（shàng）安裝的滾（gǔn）輪，進而帶動定子塊向上（shàng）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（qí）向上（shàng）的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向（xiàng）上（shàng）頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉（zhuǎn）筒外表麵（miàn），使定子塊跟（gēn）隨（suí）轉筒波動（dòng）而（ér）進行徑向與圓周（zhōu）方向的移動，從而（ér）保證（zhèng）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波動，則上（shàng）方定（dìng）子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其（qí）向下壓,下方定子塊被轉筒（tǒng）向下壓。 本產品彈性（xìng）裝置的壓力大小（xiǎo）可調，對（duì）於不同位置的定子塊設置不（bú）同的壓力,避免因（yīn）彈性裝置設置的（de）壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。 本產品將永磁電（diàn）機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采（cǎi）用不同個（gè）數的隨動式定子塊構成（chéng）一台（tái）模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電（diàn）機構成,多台模塊電機（jī）共用同一個轉子，模塊電機包繞式（shì）安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周（zhōu）方向的限位。球磨機滾（gǔn）筒的法蘭（lán）處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。 本產品的（de）隨動式定子塊（kuài）安裝拆卸十分便捷（jié），隻需要沿（yán）球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構（gòu）支撐（chēng）架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的（de）定子（zǐ）塊。 3、采（cǎi）用本產品代替傳統磨（mó）機的電機驅（qū）動係統（tǒng）的優點（diǎn） 現階段大多數（shù）的球磨機仍采用三相感（gǎn）應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同（tóng）步電機（jī）與感應電機（jī）相（xiàng）比優勢（shì）是它有較高的效率和功率因數，損耗大（dà）大降低，節約了能源（yuán）。永磁電（diàn）機通過變（biàn）頻器（qì）進行調速，電機運行平（píng）穩，係（xì）統響應速度快（kuài），感應（yīng）電機則起動相對困難（nán）。這些也（yě）是（shì）近年來永磁電機應用越來（lái）越廣泛（fàn）的原因。 采用永磁直驅，取消了中間的減速（sù）機、聯軸器、及（jí）齒（chǐ）輪的傳動環節，縮短係統（tǒng）的傳動鏈，直驅係統的傳動（dòng）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（de）故（gù）障率低，維護檢修（xiū）方便，還避免了傳統設備（bèi）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（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多個小功率電機。模塊化電機的（de）控製技（jì）術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的（de）輸入電流，電（diàn）機不必采用高等（děng）級絕（jué）緣，模（mó）塊化（huà）電機（jī）采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了（le）電機的供電電壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以（yǐ）隻運行部分（fèn）模塊電機驅動球磨機。 傳統電機故障時，會（huì）導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均（jun1）轉矩下降，轉矩波動顯（xiǎn）著增加（jiā），無法繼續正常運行。而本產（chǎn）品進行了（le）模塊化設計，每個模塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統，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（huàn）新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模（mó）塊數，也可切（qiē）除故（gù）障子模塊（kuài）而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不（bú）會因（yīn）電機發生故障而影響到生（shēng）產工期。 球磨（mó）機（jī）因加工誤差（chà）、軸（zhóu）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（xīn）現象，偏心嚴重時還會造成（chéng）電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大（dà）小來預防（fáng）掃膛，而氣隙增大會導（dǎo）致永磁（cí）體用量增加，提高電機製造成本。隨動式（shì）定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心（xīn）時保證定子與轉子之間的（de）間隙（xì）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心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更（gèng）長，大體積球磨機檢修複（fù）雜，降低檢修次數（shù）就是提高生產效率。 4、隨動式球磨機裝配示意圖 二、永磁直驅立磨技（jì）術（shù） 1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻（pín）調速控製，實現負載工況多樣性 傳統立磨速度（dù）單一，工（gōng）況適應（yīng）能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係（xì）統反（fǎn）應（yīng）速度慢。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，還增加了速度調節以快速適應係統工（gōng）作環境，係統（tǒng）反應速度更快。 (2）係（xì）統簡單,可靠性高 傳統係統（tǒng）因三相感應電（diàn）機無（wú）法在低（dī）速實現大轉矩輸出，需要（yào）額外的盤車係統滿足立（lì）磨的低速起動。為（wéi）保證在（zài）電機起動過程不（bú）對電網造成過大的衝擊（jī），需增加軟起動裝置。三相感應（yīng）電（diàn）機起（qǐ）動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係（xì）統構成（chéng）複（fù）雜，係統（tǒng）運（yùn）行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速（sù）器，輔助係統少，結構簡單。 (3）變頻器軟起動（dòng），起動過程隨意設定 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（hòu），軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出（chū）。在（zài）低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係（xì）統直接變頻低速起動，係統直接運行（háng），係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車（chē）係統。 (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（xū）要時常（cháng）檢查和定期維護，傳統係統構成單元多（duō）。同時立磨減速器結構（gòu）複雜需要（yào）經（jīng）常維護，維護成本費用（yòng）高。同（tóng）時係統無法實（shí）現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構（gòu）成（chéng）單元簡單，變頻器控製永磁同步（bù）電機直（zhí）接（jiē）驅動（dòng），控製（zhì）方（fāng）便。係統（tǒng）內無減速器，無需（xū）額外進行維護，係統維護（hù）成本低。同時（shí），係統可實現在電機低速運行情況下（xià）進行係統維（wéi）護。 (5）傳動效率（lǜ）高,節能效果明顯 綜（zōng）上采（cǎi）用直驅永磁電機取（qǔ）代（dài）傳統驅（qū）動係統年節電（diàn）量達181萬（wàn）元（yuán）。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅（qū）係統相同，這裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意圖 本新型立磨結（jié）構采（cǎi）用永（yǒng）磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立（lì）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構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用（yòng）型。 針對大、中、小型不同（tóng）尺寸的（de）立磨，分別設計了三種立磨（mó）專（zhuān）用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電（diàn）機具有雙向載荷（hé）機（jī）構與不同（tóng）的（de）放置位（wèi）置，均能達到扶正與承壓的作（zuò）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 
