永磁直驅球磨機、立（lì）磨機
1、技術背景 傳統的（de）球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）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動（dòng）鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽工業大學電機與控製技術研究（jiū）所與河南草莓视频黄色機電設備有限公司聯合設計（jì）研（yán）發的球磨機、立（lì）磨機（jī）采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取（qǔ）消動力傳（chuán）輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷（hé）載的需求，省去傳統磨機的減速機（jī），顯著提高了電（diàn）機的效率與功率（lǜ）因數（shù），具有節能、起動轉矩大、過載能（néng）力強、係統免維（wéi）護、自動化（huà）程度高等優點。 在控製方麵,本（běn）產品電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不（bú）僅降低了加工、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（gōng）率電機。模塊（kuài）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（diàn）機的輸入電（diàn）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，這樣設計降低了電機的供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而降低成本。每個模（mó）塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運（yùn）行在輕載工況（kuàng）時（shí），完全可以隻運行部分模塊電機驅（qū）動球磨機。 在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種（zhǒng）自主設計研發的隨動（dòng）式結構，將整圓的（de）定子（zǐ）分成若幹個相互存在間隙的小（xiǎo）扇形塊（kuài），通過機械結構設計，確定了一種無論（lùn）球磨機轉（zhuǎn）筒（tǒng）是否震動或（huò）偏心，定子塊始終跟隨轉筒（tǒng）運動從（cóng）而保（bǎo）持定子與轉（zhuǎn）子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證（zhèng）定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生（shēng）掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永（yǒng）磁直驅電機的小很多，從而大幅降低（dī）電機永磁（cí）體用（yòng）量（liàng），降低生（shēng）產成本，節約（yuē）稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故（gù）障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產（chǎn）品完（wán）全不（bú）會因電機發生故障而影響到生產工期。 2、球磨機專用隨動式（shì）永磁（cí）直驅電機概述 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（chē）。滾輪貼合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的（de）起伏不影（yǐng）響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動（dòng）不影響滾輪（lún）貼合滾筒，保證定子、轉子（zǐ）間隙恒定，在球磨（mó）機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變（biàn）、重載（zǎi）震動等原因造（zào）成（chéng）電機偏心、氣隙不均（jun1）勻時，仍能正常運轉，保證磨（mó）機（jī）始終運行在性（xìng）能（néng）狀態（tài），不（bú）必停機（jī）檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發（fā）生掃膛現（xiàn）象。 本產品電機（jī）的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直（zhí）驅電機，采用獨立的扇形定子（zǐ）塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝（zhuāng）滾輪（lún）且滾（gǔn）輪貼合滾筒來（lái）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（lián）的彈性機構。彈（dàn）性機構（gòu）在球磨（mó）機滾（gǔn）筒不（bú）偏心（xīn）時處於半壓縮（suō）狀態,如果（guǒ）球磨機滾筒向上波動，轉筒（tǒng）會向上頂定子塊上安裝的（de）滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構（gòu）繼續壓縮;下方定子塊（kuài）在受到（dào）永磁體（tǐ）對其向上（shàng）的（de）吸引力的同時，定子塊上的彈（dàn）性機構將其向上頂，保證下方定（dìng）子塊（kuài）的（de）滾輪依然貼合轉筒（tǒng）外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方（fāng）向的移動，從而（ér）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（duì）其向下的吸引力的（de）同時，彈性機構將（jiāng）上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。 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力,避免因彈性（xìng）裝置設置的壓力過大造成滾（gǔn）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同個數的隨動式定（dìng）子塊構成一台模塊電機，一台（tái）整圓電機由（yóu）多台模塊電機（jī）構成,多台模塊電機共用同一個轉子（zǐ），模塊電（diàn）機包繞式（shì）安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間（jiān）設有固定在支撐框架上的擋板來對（duì）定子塊進行圓周方向（xiàng）的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜（xián）接T型支撐板,用於支撐安裝電（diàn）機轉（zhuǎn）子鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式定子塊安裝拆（chāi）卸十（shí）分便捷，隻需要沿球（qiú）磨機的徑向（xiàng）依次（cì）拆卸密封外殼、彈性機構、彈（dàn）性機構與定子塊（kuài）之間的連接（jiē）杆、彈性機構支撐（chēng）架，即可將定子塊沿徑向拉出，進（jìn）行檢（jiǎn）修或更（gèng）換新（xīn）的定子塊。 3、采用（yòng）本產品代替傳統磨（mó）機的電機驅動係統的優點（diǎn） 現階（jiē）段大多數（shù）的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅動。永（yǒng）磁同（tóng）步電機與感應電（diàn）機相（xiàng）比優勢是它有較（jiào）高的效率（lǜ）和功率（lǜ）因數，損（sǔn）耗大大降低，節約了（le）能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電（diàn）機運行平穩，係（xì）統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電（diàn）機應用越來越廣泛的原因。 采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器（qì）、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提（tí）升至少20%。球磨機直驅係（xì）統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係（xì）統的故障（zhàng）率（lǜ）低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏（lòu）油造成環境汙染。 由於本產品電（diàn）機定子采用了模（mó）塊（kuài）化設計，不僅降低了（le）加（jiā）工，製造，運輸（shū）等難度，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（jī）的控製（zhì）技術可以實現降低大功率電機（jī）的輸入電壓，但（dàn）是不增加電機的輸入電流（liú），電（diàn）機（jī）不（bú）必采用高等級絕（jué）緣，模塊化電機采用多（duō）台小功率（lǜ）變頻器聯合供電。這樣設計降（jiàng）低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器（qì）容量（liàng），從而降低成本。球磨機（jī）運行在輕載工況時,完全可（kě）以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 傳統電（diàn）機故障時（shí），會導致電機（jī）合成磁動勢發（fā）生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常（cháng）運行。而本產品進行了（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（zhàng）時。可以直接（jiē）拆卸故障電機更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。模塊（kuài）化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降（jiàng）額運行。使用本產品完全不（bú）會因電機發生（shēng）故障而影響到生產工（gōng）期。 球磨機因加工誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變或重載產生震（zhèn）動等因素會發生（shēng）轉子偏心現象，偏心嚴重時（shí）還會（huì）造成電機掃膛損壞（huài）電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導（dǎo）致永磁體用量增加，提高電（diàn）機製造成本。隨動（dòng）式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏（piān）心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將（jiāng）氣隙做的（de）更小，減少永磁體用量（liàng），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（shí）能繼續正常工作，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（dòng）式球磨（mó）機裝配示意圖 二、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（yōu）點( 1）變（biàn）頻調速控（kòng）製，實現負載工況多（duō）樣性 傳統立磨速度（dù）單一（yī），工況適應能力（lì）差。遇到突發事件，調整磨鞮（dī）高度來改變係統工作環境，係（xì）統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調（diào）速，適應工況能力（lì）強。遇到突發事件，除調整（zhěng）磨輾高度外，還增加了速（sù）度調節以快速適應係統工作環境，係統（tǒng）反應速度更快。 (2）係統簡單,可靠性高（gāo） 傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動（dòng）。為保證在電機起動過（guò）程不對電網造成過大的衝擊，需增（zēng）加（jiā）軟起動裝置。三相感應電機起動後，通（tōng）過減速器（qì）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（bèi）很多。直驅係統由（yóu）變頻控製係統控製永磁同（tóng）步電機起（qǐ）動，轉矩特（tè）性滿足需要，無需盤車係統和（hé）減速器，輔助係統少，結構（gòu）簡單。 (3）變頻器軟起動，起動過程隨意設（shè）定 傳統係統先由低（dī）速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運（yùn）行。係統控製複雜，低速無（wú）法實現過載輸出（chū）。在低速過（guò）程需要盤車係統，將轉速提高到三相（xiàng）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（dān）。變頻（pín）控製（zhì）起動過程可根據實際工況進行調整，以（yǐ）滿足各種工況的需求。低（dī）速可過載輸出，滿足（zú）起動需要（yào），取代盤車係統。 (4）無減速器，維（wéi）護成本更低,維護次數少 係統（tǒng）各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經（jīng）常維（wéi）護，維護成本費用高。同（tóng）時係（xì）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（jiǎn）單，變頻器控製永磁（cí）同步電（diàn）機直接驅動，控製方便。係統（tǒng）內無減速器，無需額外進行維護（hù），係統（tǒng）維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況（kuàng）下進行係統維護。 (5）傳動效率高,節能效果明顯 綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電（diàn）量達181萬（wàn）元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直（zhí）驅係統相同，這（zhè）裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意（yì）圖 本新型立（lì）磨結構采用（yòng）永磁直驅電機驅（qū）動,提高（gāo）了立磨效率。在立磨扶正軸承（chéng）與壓力軸承上（shàng）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（chéng），方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成本,在工程實（shí）際中具有很強的實用型。 針對大、中（zhōng）、小型不同尺寸的立磨，分（fèn）別設計了三種立磨專用永磁電機（jī），代替傳統（tǒng）的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙（shuāng）向（xiàng）載荷機（jī）構與不同的放置（zhì）位置，均能（néng）達到扶正與承（chéng）壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅（qū）礦用球磨機 
