永磁直驅球磨機、立磨機（jī）
1、技（jì）術背景 傳統的球磨機、立磨機（jī）大都采用（yòng）三相異步電動機、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導（dǎo）致球磨（mó）機的傳（chuán）動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大（dà）等問題。 沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南全新機電設備有（yǒu）限公（gōng）司聯合設計研發的球磨機（jī）、立磨機采用永磁直驅電機,通（tōng）過將電動機與機械結構進行機電一體（tǐ）化設計，取消動力（lì）傳（chuán）輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的（de）需求，省去傳統磨機的（de）減速機，顯著提高了電機的效率與（yǔ）功率因（yīn）數，具有節能、起動（dòng）轉矩大、過載能（néng）力強、係統免維護（hù）、自（zì）動化程度高等優點。 在控製方麵,本產品電機定子采用（yòng）了模塊化設計，不僅降（jiàng）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了多個小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不（bú）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（duō）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（yā）和使用的變頻（pín）器容量，從而降低（dī）成本。每個模塊電機都（dōu）具（jù）有一套獨立的控製係統，大大提（tí）升（shēng）了電機（jī）控（kòng）製（zhì）的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以（yǐ）隻運行部分模塊電機驅（qū）動球磨機。 在結構方麵，本產品電機的定（dìng）子采（cǎi）用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓（yuán）的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過（guò）機械結構設計（jì），確定了一（yī）種無論球（qiú）磨機轉筒（tǒng）是否震動或偏心，定子塊始（shǐ）終跟隨（suí）轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品（pǐn）通過機械結構設計保證（zhèng）定子與轉子間的間隙恒定，電機不會（huì）發生掃（sǎo）膛現象，因此電（diàn）機的氣隙（xì）可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅（fú）降低電機永磁體（tǐ）用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用（yòng）電量。當模塊發（fā）生故障時，直（zhí）接拆卸（xiè）故障（zhàng）電機，更換新的模（mó）塊電機（jī）即可正常運行。使用（yòng）本產品完全不會因電機發（fā）生（shēng）故障而影響到生產工期。 2、球磨機（jī）專用隨動式永磁直（zhí）驅電機概述 本產（chǎn）品的隨動式定子結構（gòu）構成一種（zhǒng）“小車結構（gòu）”，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（shǐ），公路的起（qǐ）伏不（bú）影響車輪與地麵貼（tiē）合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼（tiē）合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形（xíng）變（biàn）、重載震（zhèn）動等原因造成電機（jī）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狀態，不必（bì）停機檢修。同時電機定子與轉子（zǐ）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（shì）結構，電（diàn）機不會發生掃膛現象。 本（běn）產品電機的定（dìng）子為隨動式結構（gòu）,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇（shàn）形定子塊結構，其隨動原（yuán）理是在定子塊的軸向（xiàng）兩側安裝滾輪且滾輪貼（tiē）合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設（shè）有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾（gǔn）筒不（bú）偏心（xīn）時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上（shàng）頂定子塊上安裝的滾輪，進而（ér）帶動（dòng）定子塊向上移動，上方（fāng）彈性機構繼續壓（yā）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（shàng）的彈（dàn）性機構（gòu）將其向上頂，保證下方定子塊（kuài）的滾（gǔn）輪（lún）依然貼合轉筒（tǒng）外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進（jìn）行徑向與（yǔ）圓周方向的移（yí）動，從而保證定子、轉子之間的間隙（xì）不變。球磨機滾筒（tǒng）向下複位或繼續向下波動，則上方（fāng）定子塊在（zài）受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方（fāng）其向下壓（yā）,下方定子塊被轉筒向（xiàng）下壓。 本產（chǎn）品彈性裝置的壓力大小（xiǎo）可調，對（duì）於（yú）不同（tóng）位置的定子塊設置不同（tóng）的壓力,避免（miǎn）因彈（dàn）性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。 本產（chǎn）品將永磁電機采用模塊化控製，根據不（bú）同功率的（de）電機設計采用不同個數的（de）隨動（dòng）式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機（jī）由多台模塊電機構成,多台（tái）模塊電機共用（yòng）同一個轉（zhuǎn）子，模（mó）塊（kuài）電機包繞式（shì）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（kuàng）架上的擋板來對定子塊（kuài）進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用（yòng）於支（zhī）撐安裝電機轉子鐵（tiě）心及磁（cí）鋼。 本產品（pǐn）的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的（de）徑向依次拆卸密封外殼、彈性（xìng）機構、彈性機構與定子塊之間（jiān）的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行（háng）檢修或更換新的定子塊。 3、采用本產品（pǐn）代（dài）替傳（chuán）統磨機的電機驅動（dòng）係統的優點 現階段大（dà）多數的球磨機仍采用（yòng）三相感應（yīng）電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有（yǒu）較高的效率和功率（lǜ）因數，損耗（hào）大大降低，節約了能源（yuán）。永磁電機通過變頻器進（jìn）行調速，電機運行平（píng）穩，係統響應速度（dù）快，感應電機（jī）則起動（dòng）相對（duì）困難。這些（xiē）也是近年來永磁電（diàn）機應用越來越廣泛的原因。 采（cǎi）用永（yǒng）磁直驅，取（qǔ）消了中（zhōng）間（jiān）的減速機、聯軸器、及齒輪的（de）傳動環（huán）節，縮短係統的（de）傳動（dòng）鏈，直驅係統的傳動效率將（jiāng）提升至少20%。球磨機直驅係統的（de）傳動效率不僅得到大（dà）幅（fú）提升（shēng），而且（qiě）直驅係統的（de）故障率低，維護檢修方便，還避免（miǎn）了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產（chǎn）品電機（jī）定子采（cǎi）用了模塊化設計，不僅降低了加（jiā）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（xiǎo）功率電機。模（mó）塊化電機的控製技術可以實（shí）現降低大功率電機的輸入（rù）電壓，但是不增加電（diàn）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（jiàng）低（dī）了電（diàn）機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成（chéng）本。球磨機運行在輕（qīng）載（zǎi）工況時,完全可以隻運行（háng）部分模塊電（diàn）機驅動（dòng）球磨機。 傳統電機故障時，會導致（zhì）電機合成磁動勢發生畸變，諧波（bō）含量增（zēng）加，平均轉矩（jǔ）下降，轉矩波動（dòng）顯（xiǎn）著增加，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（jī）都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）機（jī）控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢（shì），在發生故障時。可以直接拆卸（xiè）故障電機更換新的模（mó）塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障（zhàng）子模塊而控製其餘（yú）正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機（jī）發（fā）生故障而影響到生產工期（qī）。 球磨機因加工誤差（chà）、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變或重載產生震動（dòng）等因素會（huì）發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會（huì）導（dǎo）致永磁體用量增加，提高電機製造（zào）成本。隨動式定子結構的模塊電機，能（néng）在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙（xì）恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生（shēng）掃膛現象，同時因為該隨動式定子（zǐ）結構在偏心時（shí）能繼（jì）續正常（cháng）工作，檢修次數更少，工作時間更（gèng）長，大體積球磨機檢修（xiū）複雜，降低檢（jiǎn）修次數就是提高（gāo）生產效（xiào）率。 4、隨動式球（qiú）磨機裝配示意圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨直驅（qū）對比於傳統感應電機的優點( 1）變（biàn）頻調速控製，實現負載工（gōng）況（kuàng）多樣性 傳（chuán）統立磨（mó）速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度（dù）來（lái）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速，適應工況能（néng）力強。遇（yù）到突發事件（jiàn），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（zuò）環（huán）境（jìng），係統反應速度更快。 (2）係統（tǒng）簡單,可（kě）靠性高 傳統係（xì）統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車（chē）係統滿足立磨的低速起動（dòng）。為（wéi）保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通（tōng）過減（jiǎn）速器滿足（zú）係統轉矩需要，整個係統構成複（fù）雜，係統運（yùn）行的輔助（zhù）設備很多。直驅係統由變頻控製係統控（kòng）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（xiàng）感應電（diàn）機達到起動條（tiáo）件後，軟（ruǎn）起動裝置起動三（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（sù）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（tǒng）直接變（biàn）頻低速起（qǐ）動，係統直接運行，係統（tǒng）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（mǎn）足各種工況的需（xū）求。低速可過載輸出，滿足起動（dòng）需要，取代盤（pán）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（hù），傳統係統構成單元（yuán）多（duō）。同時立磨減速器結（jié）構複雜需要經常維護，維護成本費用（yòng）高。同時係統無法實現在低（dī）速運行的情況下（xià）進行係統維護。直驅係（xì）統（tǒng）構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進（jìn）行維護，係統維護成本低（dī）。同時，係統可實現（xiàn）在電機（jī）低速運（yùn）行情況下進行係統（tǒng）維護。 (5）傳動效率高,節（jiē）能效果明顯 綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量（liàng）達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立（lì）式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統（tǒng）相同，這裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意圖 本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在（zài）立磨扶（fú）正軸承（chéng）與壓力軸承上進行突破，通過設（shè）計一（yī）種雙向載荷扇形（xíng）模塊機構替代大（dà）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型。 針對大、中、小型（xíng）不同尺寸的立磨，分（fèn）別設計了三種立磨（mó）專用永磁電機，代替傳（chuán）統的（de）減速機與三（sān）相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均（jun1）能達到扶正與承壓的作用，並且方便製（zhì）造、裝配維護，節省成本。均已申請專（zhuān） 利（lì）。
永磁直驅礦用球磨機 
