永磁直（zhí）驅球磨機、立（lì）磨機
1、技（jì）術背景 傳統的球磨機、立磨機大都（dōu）采用三相異步電動（dòng）機、聯（lián）軸器、減速裝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（dòng）鏈冗長、效率低、機構複雜、運（yùn）行維護工作（zuò）量大等問題。 沈（shěn）陽工（gōng）業大學電機與控製技術研究所與河南全新機電設（shè）備有限公司（sī）聯合設計研發的球磨機、立（lì）磨機采用永磁直驅電（diàn）機,通過將電動機與機械（xiè）結構進行機電一體（tǐ）化設計，取消動力傳（chuán）輸的（de）中間環（huán）節（jiē），做成直驅方案，能直接滿足荷載的（de）需求，省去傳統磨機的減（jiǎn）速機，顯著提高了電機的效率與功率因（yīn）數（shù），具有節能、起動轉矩大、過載能（néng）力強、係統免（miǎn）維護、自動化程度高等優點。 在控製方麵,本產品（pǐn）電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度（dù），還相當於把一（yī）個大功（gōng）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電（diàn）壓，但是不增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣（yuán）。模塊化電機（jī）采用（yòng）多台（tái）小功（gōng）率變頻器聯合供電，這樣設（shè）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。每（měi）個模塊電（diàn）機都具有一套（tào）獨立的控製係（xì）統，大（dà）大提升了電機控製的自由度，球磨機（jī）運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模（mó）塊電機驅動球磨機。 在結構方麵（miàn），本產品電機的定子采用（yòng）了一種自主設計研發的隨動式（shì）結構，將整（zhěng）圓的定（dìng）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，確定了一種（zhǒng）無論球磨機轉筒（tǒng）是否震動或偏心，定子塊始終（zhōng）跟隨轉筒運動（dòng）從而保持定子（zǐ）與轉子間隙恒定的（de）結構。本產品通過機械結構設計保（bǎo）證定子（zǐ）與轉子（zǐ）間的間隙恒定，電機不會發生掃膛（táng）現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅（qū）電（diàn）機的小很多，從而大幅降（jiàng）低電（diàn）機永磁體（tǐ）用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電（diàn）量。當模塊發（fā）生故障時，直接拆（chāi）卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本（běn）產品完全不會因電機（jī）發生故（gù）障而影響到生產工期。 2、球（qiú）磨機專用隨動（dòng）式永磁直驅電（diàn）機概（gài）述 本產品的隨動式定（dìng）子（zǐ）結構構成一種“小車結構（gòu）”，滾筒就像（xiàng）公路，定（dìng）子塊（kuài）就（jiù）像汽車。滾輪貼（tiē）合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的（de）起（qǐ）伏不影（yǐng）響車輪（lún）與地麵貼合，即（jí）滾筒偏心浮動不影響滾（gǔn）輪貼合滾筒（tǒng），保證定子、轉子間隙恒（héng）定，在球磨機因（yīn）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、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，不必停機檢修。同時（shí）電機定子與轉（zhuǎn）子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動（dòng）式結構，電機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式結構,基於（yú）模塊化永磁直驅電機（jī），采用獨立的扇形定（dìng）子塊結構，其隨動原理是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（de）間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架（jià）相連的彈性機構。彈性機構在球（qiú）磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態（tài）,如果球磨（mó）機滾筒（tǒng）向上波動，轉筒會（huì）向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊（kuài）向上移動，上方彈性機構繼（jì）續壓縮（suō）;下方定子塊在受到永磁體對（duì）其向（xiàng）上的吸引力的同時，定子塊上的（de）彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼（tiē）合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方（fāng）向的移（yí）動，從而保證定（dìng）子、轉子之間的間隙（xì）不（bú）變（biàn）。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（yǒng）磁體對（duì）其向下的吸（xī）引力（lì）的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊（kuài）被轉筒向下壓。 本產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（yā）力,避免因彈性裝置（zhì）設置的壓力（lì）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製，根據不同功率的電機設計采用不（bú）同個數的隨（suí）動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓（yuán）電機由多台模塊電（diàn）機構成,多台模塊電機共用同一（yī）個轉子，模塊電（diàn）機包繞式（shì）安（ān）裝在球磨機滾筒上（shàng）。相鄰（lín）隨動式（shì）定子塊間設有（yǒu）固定在支撐框架上（shàng）的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位（wèi）。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜接（jiē）T型（xíng）支撐板,用於支（zhī）撐安（ān）裝電（diàn）機轉子（zǐ）鐵心及磁（cí）鋼。 本（běn）產品的隨動（dòng）式定子塊安裝拆卸十分便捷（jié），隻需要沿球磨機的（de）徑（jìng）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（dàn）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塊。 3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅（qū）動係統的優點 現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機（jī）、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅（qū）動（dòng）。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低（dī），節約了能（néng）源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平（píng）穩，係統（tǒng）響應（yīng）速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應（yīng）用越來越廣泛的原因。 采用永磁直驅，取消了中（zhōng）間（jiān）的減速（sù）機、聯軸器、及齒（chǐ）輪（lún）的傳動環節，縮短係統的傳動鏈（liàn），直驅係統的傳（chuán）動效率將提升至少20%。球（qiú）磨機直驅係統的傳動效率不（bú）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（hái）避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於（yú）本產品（pǐn）電機定（dìng）子采用了模（mó）塊化設計，不僅降低了加工，製造（zào），運（yùn）輸等難度，還相當於把一個大功率電機做（zuò）成了多個（gè）小功率（lǜ）電機。模塊（kuài）化電機的控（kòng）製技術可以實現降低大功（gōng）率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電機的輸（shū）入電流，電機不必（bì）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（diàn）。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（ér）降（jiàng）低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部（bù）分模塊電機驅動球磨機。 傳（chuán）統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變（biàn），諧波含量（liàng）增加（jiā），平均轉矩下降，轉矩波（bō）動顯著增加，無法繼續正常運（yùn）行。而本產品進行了模塊化設計，每（měi）個模塊電機都具有一套獨立的控製係（xì）統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的（de）優（yōu）勢（shì），在發生（shēng）故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模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（gù）障子（zǐ）模塊而控製其（qí）餘正常子模塊降額運行。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。 球磨機因加工（gōng）誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變或重（chóng）載產生震（zhèn）動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴（yán）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（xì）大（dà）小來（lái）預防（fáng）掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子（zǐ）結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉（zhuǎn）子之間（jiān）的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動（dòng）式定子結構在偏心時能繼（jì）續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。 4、隨動式球磨（mó）機（jī）裝配示意圖 二（èr）、永磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對比於傳統感應電（diàn）機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載（zǎi）工況多樣性 傳統立（lì）磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統（tǒng）工作環（huán）境，係統反應速度（dù）慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工（gōng）況能力（lì）強（qiáng）。遇（yù）到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快（kuài）速適應係統工作環境，係統反應速度更快。 (2）係統簡單,可靠性高 傳統係統因三相感應（yīng）電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的（de）盤車（chē）係統滿足立磨的低速起（qǐ）動。為保證在電機起動過程不對電網造成過（guò）大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相（xiàng）感應（yīng）電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要（yào），整個係（xì）統構成複雜，係統運行的輔（fǔ）助設備很多。直驅係統由變頻控製係（xì）統控製永磁同步電機起（qǐ）動（dòng），轉矩特性滿足需（xū）要，無需盤車（chē）係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。 (3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定 傳統係統先由低速盤車係統（tǒng）起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動（dòng）裝置起動三相感應電（diàn）機，係統運（yùn）行（háng）。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程（chéng）需要盤車係統，將轉（zhuǎn）速提高到三相感應（yīng）電機起動條件。直驅係統（tǒng）直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製（zhì）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（mǎn）足起動需要，取（qǔ）代盤車（chē）係統。 (4）無（wú）減速器，維護成本更低,維護次數少 係（xì）統各構成單元（yuán）均需要時常檢查（chá）和定（dìng）期維護，傳統係統構成單（dān）元多。同時立磨減速器結（jié）構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現（xiàn）在低速運行的情況下進（jìn）行係統維護。直（zhí）驅係統構成單元簡單，變頻器（qì）控製永磁同步電（diàn）機直接驅動，控製方便。係統（tǒng）內（nèi）無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護（hù）。 (5）傳（chuán）動效率高,節能效果明顯 綜上采用直驅（qū）永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬（wàn）元。（按照5000h,0.6元/kWh）立（lì）式鯤磨機直驅係統（tǒng）的（de）優勢與球磨（mó）機直驅係統相同，這裏不再（zài）一（yī）—贅（zhuì）述。 2、永（yǒng）磁直（zhí）驅（qū）立磨結構示意圖（tú） 本新型立磨結構采（cǎi）用永磁直驅電機驅動（dòng）,提高了立磨（mó）效率。在立磨（mó）扶正軸承與壓力軸承上進行（háng）突破，通過（guò）設計（jì）一種雙向載荷扇形（xíng）模塊機構替代大直（zhí）徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修（xiū），並降低成本,在工程實際中具（jù）有很（hěn）強的實用型。 針對大、中、小型不同（tóng）尺寸的立磨，分別設計了三種立（lì）磨專用永磁電機，代替傳統的（de）減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構（gòu）與不同（tóng）的放置位置，均能達（dá）到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配（pèi）維護，節（jiē）省成本。均已申請專 利。
永磁（cí）直驅礦用球磨機 
