永磁直驅球磨機（jī）、立磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大（dà）都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，導致球磨機的傳動（dòng）係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護（hù）工作（zuò）量大等（děng）問題（tí）。 沈陽工業（yè）大學電機與控製技術研究所與河南麻豆免费版機電設（shè）備有限（xiàn）公司聯（lián）合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁（cí）直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電（diàn）一體化設計（jì），取消（xiāo）動（dòng）力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿（mǎn）足荷載（zǎi）的需求，省去傳統（tǒng）磨機的減速（sù）機，顯著（zhe）提高了電機的效率與（yǔ）功率因數，具有節能、起動轉矩大（dà）、過載能力強、係統（tǒng）免維護、自動（dòng）化程度高等優點。 在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不（bú）僅降低了加工、製造、運輸等難度（dù），還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電（diàn）機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功（gōng）率電機的輸入（rù）電壓，但是不增加電機（jī）的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊（kuài）化電（diàn）機采用多台（tái）小功率變頻（pín）器聯合供（gòng）電，這樣設計（jì）降低了電機的（de）供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大（dà）大提升了電機控製（zhì）的自由度，球磨機運行在輕載工況時（shí），完（wán）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（zǐ）采用了一（yī）種（zhǒng）自主設計（jì）研發的隨（suí）動式結構，將整圓的（de）定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過（guò）機械結（jié）構設計，確定了一種無論球磨機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間隙恒定的結構（gòu）。本產（chǎn）品（pǐn）通過機械結（jié）構設計保證定子與轉子（zǐ）間的間隙恒定，電機（jī）不（bú）會發生掃膛現象，因此電（diàn）機的氣（qì）隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生（shēng）產成本，節約稀土資源，節（jiē）能用電量。當模塊發生故（gù）障（zhàng）時（shí），直（zhí）接拆卸故障電機，更換新的模塊電機（jī）即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生（shēng）故障而影響到生產工期。 2、球磨機專用隨動（dòng）式永磁直（zhí）驅電機概述 本（běn）產品的隨動（dòng）式定子結構構成一種“小車結構”，滾（gǔn）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（gōng）路（lù）的（de）起伏不影響車輪與地麵貼合，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，在球（qiú）磨機因裝配（pèi）誤差、軸承磨損、滾筒形變、重（chóng）載震動等原（yuán）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（zhōng）運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與（yǔ）轉子間（jiān）的間隙也可以做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，並（bìng）且因為隨動式結構，電機不（bú）會（huì）發（fā）生掃膛現象。 本（běn）產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直（zhí）驅電機，采用（yòng）獨立的扇形定子塊（kuài）結構，其隨動（dòng）原理是（shì）在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀（zhuàng）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（ér）帶動定子塊向上移動，上方彈性機構（gòu）繼續壓縮;下（xià）方定子塊在受到永磁體對其向（xiàng）上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子（zǐ）塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向（xiàng）與圓周（zhōu）方向的移（yí）動，從而保證定（dìng）子、轉子之間的間隙不變。球磨機（jī）滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時（shí），彈性機構將上方其向下壓,下方定子（zǐ）塊被轉筒向下壓。 本產（chǎn）品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設（shè）置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。 本產品將永磁電機采用模塊化控（kòng）製，根據不同功率的電機設計采用不同個數（shù）的隨動式定子塊構成一台模塊（kuài）電機，一台整圓電機由（yóu）多（duō）台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包（bāo）繞式安（ān）裝在球磨機滾筒上（shàng）。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框（kuàng）架上的擋板（bǎn）來對定（dìng）子塊進行圓周方向（xiàng）的限位。球磨機滾（gǔn）筒的法（fǎ）蘭處（chù）銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機（jī）轉子鐵心及磁鋼。 本產品（pǐn）的隨動（dòng）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（xìng）機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將（jiāng）定子塊（kuài）沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定（dìng）子（zǐ）塊（kuài）。 3、采用（yòng）本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點 現階段大多（duō）數的球磨機仍采用三（sān）相感應電動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以及齒輪結構進行驅（qū）動。永磁同步（bù）電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因（yīn）數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速（sù），電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對（duì）困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。 采用永磁直驅（qū），取消了中間的減速（sù）機、聯軸器、及齒（chǐ）輪的傳動環（huán）節，縮短係統（tǒng）的傳動鏈，直驅係統的傳（chuán）動效率將提（tí）升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效（xiào）率不僅（jǐn）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），還避免了傳統設備因漏油（yóu）造成環境汙染。 由（yóu）於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工（gōng），製造，運輸等（děng）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。模塊（kuài）化電機的控製技術可以實現（xiàn）降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加（jiā）電機的輸入電流，電機不（bú）必采用（yòng）高等級絕緣，模塊化（huà）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,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 傳統電（diàn）機故障時，會導致電機合（hé）成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降（jiàng），轉矩波（bō）動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提（tí）升了（le）電機控製的自由（yóu）度,可以利用其（qí）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（gù）障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電（diàn）機具有冗餘的模塊數，也（yě）可切（qiē）除故障子模塊而控製其餘正常（cháng）子模塊降額運行。使用本（běn）產品完全不會（huì）因電機發生故障而影響到生產工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉（zhuǎn）子（zǐ）偏（piān）心現象（xiàng），偏心嚴重時（shí）還會造成電機掃膛損壞電（diàn）機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防（fáng）掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造（zào）成本。隨動式（shì）定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定（dìng）子與轉子之間的（de）間隙恒定，可將氣隙做的更（gèng）小，減少（shǎo）永磁體用量，電機（jī）不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構（gòu）在偏心時能（néng）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雜，降低檢修（xiū）次數就是提高生（shēng）產效率。 4、隨動式球磨機裝配示意圖 二、永磁直驅立（lì）磨技術 1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調（diào）速控製，實現負（fù）載工況多樣性 傳（chuán）統立（lì）磨速（sù）度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改（gǎi）變係統（tǒng）工作環境，係統反應速度慢。永磁同步（bù）電機采用變頻（pín）調速，適應工況能力強。遇到突（tū）發事件，除調整磨輾（niǎn）高（gāo）度外，還增加了速度調節以快速適（shì）應係統工作環境，係統反應速度更快。 (2）係（xì）統簡單,可靠性高 傳統係（xì）統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出（chū），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要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動（dòng），轉（zhuǎn）矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。 (3）變頻器（qì）軟起動，起動過程隨意設（shè）定（dìng） 傳統係統先由低速盤車係（xì）統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起（qǐ）動裝置起動三相感應（yīng）電機，係統運行。係統控製複雜，低（dī）速無法實（shí）現過（guò）載輸出（chū）。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起（qǐ）動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接（jiē）運（yùn）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（háng）調整，以滿足各種工況的需求。低（dī）速可過載輸出（chū），滿足起（qǐ）動需要，取（qǔ）代盤車係統。 (4）無減速器，維護（hù）成本更低,維護次數少 係（xì）統各構成單元均需要時常檢查（chá）和定期維護，傳統係統構成單元多。同時（shí）立磨減速器結構複雜需要經（jīng）常維護，維（wéi）護成本費用高。同時係（xì）統無法實現在低速運行（háng）的情況下進行係統（tǒng）維護。直驅係統構成（chéng）單元簡單，變頻（pín）器控製永磁同步電機直（zhí）接驅動，控製（zhì）方便。係統內無減速器，無需額外進行（háng）維護，係統維護成本（běn）低。同時，係統（tǒng）可實現在電機（jī）低速運行情況下（xià）進行係統維（wéi）護（hù）。 (5）傳動效率高（gāo）,節能（néng）效果明顯 綜上采（cǎi）用直驅永磁電機取代傳統驅動（dòng）係統年節電量達（dá）181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立（lì）式鯤磨（mó）機直（zhí）驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意（yì）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。在立磨扶正軸承（chéng）與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形（xíng）模塊機（jī）構（gòu）替代大直徑軸（zhóu）承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中（zhōng）具有很強的（de）實用（yòng）型。 針對大、中、小型不同尺寸的立磨（mó），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異步電動機，永磁直驅（qū）電機具有雙向載（zǎi）荷（hé）機構與不同的放置位（wèi）置，均能達到扶正與承（chéng）壓的作用，並（bìng）且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利（lì）。
永磁直驅礦用球磨機（jī） 
