永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的（de）球磨機、立磨機大都采用三（sān）相異步電動（dòng）機、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結構進行（háng）驅動，導致球磨機的傳動（dòng）係統存在機械傳動鏈冗長（zhǎng）、效（xiào）率低、機（jī）構複（fù）雜、運行維護（hù）工（gōng）作量大等問（wèn）題。 沈陽工業大學電機（jī）與控製技術研究所與（yǔ）河南全（quán）新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（cí）直驅電機,通過將電動機與機械結構（gòu）進行機電（diàn）一（yī）體化設（shè）計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，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、起動轉（zhuǎn）矩大、過載（zǎi）能（néng）力強、係統免維護、自動化程度高等優點。 在控（kòng）製（zhì）方麵,本（běn）產品電機定子采用了模（mó）塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工、製造、運（yùn）輸等難度，還相當於（yú）把一（yī）個大功率（lǜ）電機做成了多個小功率電機。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，但是不增加電機（jī）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（qì）聯合供電，這樣設計降低了電機的供電（diàn）電壓和使用的變頻（pín）器容量，從而降低成本。每（měi）個（gè）模塊電機都具有一套獨（dú）立（lì）的（de）控（kòng）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況時，完全可以隻（zhī）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（dìng）子采（cǎi）用了一種自主設計研發的隨動式結構，將（jiāng）整圓的定子分成若（ruò）幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設（shè）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（zhuǎn）筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構（gòu）。本產品通過機械（xiè）結構設計保證定（dìng）子（zǐ）與轉子間的間隙恒定，電（diàn）機不會發生掃（sǎo）膛現象，因此電機的氣隙可以設計的（de）比普通（tōng）永磁直驅電機的小很多，從而（ér）大幅降低電機（jī）永（yǒng）磁（cí）體用量，降低生（shēng）產成本（běn），節約稀土資源，節能用電量。當（dāng）模塊（kuài）發生故障（zhàng）時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本（běn）產品完全不會因（yīn）電機發生故障而影響到（dào）生產工期。 2、球磨機專用隨（suí）動式永磁直驅（qū）電機概述 本產（chǎn）品的隨（suí）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（gǔn）輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起（qǐ）伏不影響車（chē）輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心（xīn）、氣隙不（bú）均勻時，仍（réng）能正（zhèng）常運轉，保證磨機始終（zhōng）運行在性能狀態（tài），不必（bì）停機檢修。同時電機定子與轉子間的（de）間（jiān）隙也（yě）可以（yǐ）做的更小，減少永磁體（tǐ）用量（liàng），並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現（xiàn）象（xiàng）。 本產（chǎn）品（pǐn）電機的定子為隨動式（shì）結構,基於模塊化永磁直驅（qū）電機（jī），采用獨立的扇（shàn）形定子塊結構（gòu），其隨動原理是在定子塊的軸（zhóu）向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾（gǔn）筒來確定（dìng）定子與（yǔ）轉子（zǐ）間的間隙，定（dìng）子塊（kuài）徑向外側設有與支撐框架相連（lián）的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心（xīn）時處（chù）於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子（zǐ）塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊（kuài）向上移動，上（shàng）方（fāng）彈性機（jī）構繼續壓縮（suō）;下（xià）方定子塊在受到永磁（cí）體對其（qí）向上（shàng）的吸（xī）引力的同時（shí），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與圓（yuán）周方（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，彈性機構將上方其向下壓,下（xià）方定子塊被轉筒向下壓。 本產品彈性（xìng）裝置的壓力大小可調（diào），對於不同位置（zhì）的定子塊設置不同的壓（yā）力,避免因（yīn）彈性（xìng）裝置設置的壓力過大造成（chéng）滾輪或轉筒磨損較（jiào）快（kuài）。 本產（chǎn）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（jì）采用不同個數的（de）隨動式定子塊構成一台（tái）模塊電機，一台整（zhěng）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，模塊電機包繞式安（ān）裝在球磨機滾筒上。相鄰隨（suí）動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊（kuài）進行圓周方（fāng）向的限（xiàn）位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐（chēng）板（bǎn）,用於（yú）支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式（shì）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（mì）封外殼、彈性機（jī）構、彈性機構與定子塊之間的連（lián）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（xīn）的（de）定子塊。 3、采用（yòng）本產品代替傳統磨機的（de）電機驅動係統的優點 現階（jiē）段大多數的球磨機仍采用三相感應電動（dòng）機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電（diàn）機（jī）相比優（yōu）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。永磁電機通過變頻器進行調速，電（diàn）機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則（zé）起動相對困難。這些（xiē）也是近年來永磁電（diàn）機應用（yòng）越來越廣泛的原（yuán）因。 采用永磁（cí）直驅，取消了（le）中間的減速機、聯軸（zhóu）器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動（dòng）效率將提（tí）升至少20%。球磨機直（zhí）驅係統的（de）傳動效（xiào）率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備（bèi）因（yīn）漏油造成環境（jìng）汙染（rǎn）。 由於本產品電機定子采用了模塊（kuài）化設計，不僅降低了（le）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。模塊化電機的控製技術可（kě）以實現降低大功率電機的輸入（rù）電壓，但是（shì）不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，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（chéng）本。球磨機運行（háng）在（zài）輕載工（gōng）況時,完（wán）全可以隻運行部分模塊電機驅動（dòng）球磨機。 傳統電機故障時，會導（dǎo）致電機合成磁動勢發生畸變，諧（xié）波含量增加，平均（jun1）轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而（ér）本產品進行了模塊化設計，每（měi）個模塊電機都具（jù）有一套獨立（lì）的控製係統（tǒng），大大提升了電（diàn）機控製的自由（yóu）度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在（zài）發生（shēng）故障時。可以直（zhí）接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常（cháng）運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製（zhì）其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而（ér）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（huì）發生轉（zhuǎn）子偏心現象，偏心（xīn）嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常（cháng）常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加（jiā），提高電機製造（zào）成（chéng）本。隨動式定子結構的模塊電（diàn）機，能在轉筒偏心時（shí）保證定（dìng）子與轉子之（zhī）間的間隙恒定，可將氣隙做（zuò）的更（gèng）小，減少永磁體用量，電機不（bú）會發（fā）生掃膛現象，同（tóng）時因為該隨動式（shì）定子結構在偏心時（shí）能繼續正（zhèng）常工作（zuò），檢修次數更（gèng）少，工作時間更長，大體（tǐ）積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高（gāo）生產效率。 4、隨動式球（qiú）磨機裝配示（shì）意圖 二、永磁直驅（qū）立磨技術 1、立磨直驅（qū）對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻（pín）調（diào）速控製，實現負載工（gōng）況多樣性 傳統（tǒng）立（lì）磨速（sù）度單一（yī），工況（kuàng）適應能力差。遇到突（tū）發事件，調整（zhěng）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（diàn）機采用變頻調速，適應工（gōng）況能力（lì）強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外（wài），還增加了速度調節以快速（sù）適應係統工作環境，係統反應速（sù）度更快。 (2）係統簡單,可靠性高 傳統係統因（yīn）三相感應電機無法在低速實現大轉矩（jǔ）輸出（chū），需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程（chéng）不對電網造成過大（dà）的衝擊，需增加（jiā）軟起動裝置。三相感（gǎn）應電（diàn）機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個（gè）係統構（gòu）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，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構（gòu）簡單。 (3）變頻器軟（ruǎn）起動，起（qǐ）動過程隨意設定（dìng） 傳統係統先由低速盤（pán）車係統起動，待三（sān）相感應電機（jī）達到起動條件後，軟起動裝置（zhì）起動（dòng）三相（xiàng）感應電機，係統運行。係統控（kòng）製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高（gāo）到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控（kòng）製起動過（guò）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（dòng）需要，取代盤車係統。 (4）無減速（sù）器，維護成本更低,維護次數少 係統各構成單元均需（xū）要時常檢查和定（dìng）期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製（zhì）永磁同步電機直接驅動（dòng），控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維（wéi）護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況（kuàng）下進行係（xì）統維護。 (5）傳動效率高,節能效果明顯 綜（zōng）上采用（yòng）直驅永（yǒng）磁電機取代傳統驅動（dòng）係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨（mó）機直驅係統的優（yōu）勢與球磨機直驅係（xì）統相同，這裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立磨（mó）結構示意（yì）圖 本新型立磨結構采用（yòng）永磁（cí）直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上（shàng）進行突破，通過設計一種雙向載（zǎi）荷扇形模塊機構替代大（dà）直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維（wéi）修，並降低成本,在工（gōng）程實際中具有很強的（de）實用型。 針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁（cí）電機，代替傳統的減（jiǎn）速機與三相（xiàng）異步（bù）電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置（zhì）位置，均能（néng）達到扶正與（yǔ）承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成（chéng）本。均已申請專 利。
永（yǒng）磁直驅礦用球磨機 
