永磁直驅球磨機、立（lì）磨機（jī）
1、技術背景 傳統（tǒng）的（de）球磨機、立磨（mó）機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及（jí）齒輪結（jié）構進行驅動，導致球（qiú）磨機的傳動係統（tǒng）存在機（jī）械傳動鏈冗長、效（xiào）率低、機構複雜、運行維護工作量大（dà）等問題。 沈陽（yáng）工業大學電機（jī）與控製技術研究所與河南全新機電設備有限公司聯合設計（jì）研發的球磨機（jī）、立磨機采用永磁直驅電（diàn）機,通（tōng）過將電動機與機械結構進行機電一體化（huà）設計，取消動（dòng）力傳輸的中間環節，做（zuò）成直驅方（fāng）案，能直接滿足荷（hé）載的需求，省去傳統磨機的減速機（jī），顯著提高了電機的效（xiào）率與功（gōng）率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化（huà）程度高等優點。 在控製方麵,本產品電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工、製造、運輸等難度，還（hái）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（zhì）技術可（kě）以實現降低大功率電機的輸入電壓，但（dàn）是不增加電機的輸入電流，電機不必采（cǎi）用（yòng）高（gāo）等級絕緣。模塊（kuài）化電機采用（yòng）多台小功率（lǜ）變頻器聯合供（gòng）電（diàn），這樣設計降低了（le）電機的供電電壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成（chéng）本。每個模（mó）塊電機都具有（yǒu）一（yī）套獨立的控製（zhì）係統，大大提升了電（diàn）機控製的自由度，球磨機（jī）運行在輕載工況時（shí），完全可以（yǐ）隻運行部分模塊電機驅（qū）動（dòng）球磨（mó）機（jī）。 在結構方麵，本產（chǎn）品電機的定子采用（yòng）了一種自主設（shè）計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相（xiàng）互存在間（jiān）隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定（dìng）了一種（zhǒng）無論（lùn）球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始（shǐ）終跟隨轉筒運（yùn）動從而保持定子（zǐ）與轉子間隙恒定的結構。本（běn）產品（pǐn）通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電（diàn）機不會發生掃膛現（xiàn）象，因此電機（jī）的氣隙可以（yǐ）設計的比普通（tōng）永磁直驅電機的小很多（duō），從而大幅降低電機永（yǒng）磁體用（yòng）量，降低生產（chǎn）成本，節約稀土資源，節能用（yòng）電量。當模塊發生故障時（shí），直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。 2、球（qiú）磨（mó）機專用隨動式永磁直驅電機概述 本產品的隨動（dòng）式定子結構構成一種“小（xiǎo）車結構”，滾筒就像公路，定子（zǐ）塊就像汽車。滾輪貼合滾（gǔn）筒旋轉相（xiàng）當於汽車在公（gōng）路行（háng）駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮（fú）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（zhuāng）配誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變、重載（zǎi）震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正（zhèng）常運轉，保證磨機始終運行在性（xìng）能狀態，不必停機檢修（xiū）。同時電機（jī）定（dìng）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（shì）結構，電機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定子為（wéi）隨動式結構,基於模塊化永（yǒng）磁直驅電機，采用獨立（lì）的扇形定子塊結（jié）構，其（qí）隨動原理是在定子塊的軸向（xiàng）兩側安裝滾輪且滾輪貼合（hé）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（yǔ）支撐框架（jià）相連的彈性機構。彈性機構在（zài）球（qiú）磨機滾筒不偏心時（shí）處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉（zhuǎn）筒會（huì）向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向（xiàng）上（shàng）移動，上方彈性機（jī）構繼續壓縮;下方定子塊在（zài）受到永（yǒng）磁體對其向上的吸引（yǐn）力的同時，定子塊上的（de）彈性機構將其向（xiàng）上頂（dǐng），保證下方定子塊（kuài）的滾輪依然貼合轉筒外（wài）表（biǎo）麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行（háng）徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之（zhī）間的間隙不（bú）變。球磨機滾筒向下（xià）複位或繼續向下波動（dòng），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（jī）構（gòu）將上方其向（xiàng）下壓,下方定子塊被（bèi）轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於（yú）不同位置的定子塊設置不（bú）同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓（yā）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（huà）控製，根據不同功率的電機（jī）設計采用不同個數的隨動式定子塊構成（chéng）一台模塊電機（jī），一台整圓電機由（yóu）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（bāo）繞式（shì）安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐（chēng）框架上的擋板來對定子塊進行圓周方（fāng）向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接（jiē）T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子（zǐ）鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式定子塊安裝拆（chāi）卸十分便捷，隻需要（yào）沿球磨機（jī）的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子（zǐ）塊之間的連接杆、彈性（xìng）機構支撐架，即可將定子（zǐ）塊沿徑向拉出（chū），進行檢修（xiū）或更換新的定子塊。 3、采（cǎi）用本產品（pǐn）代替傳統磨機的電機驅動係統的優點 現階段大多數的（de）球磨機仍采用三相感應電動機、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（lǜ）和功率（lǜ）因數，損耗大大降低，節（jiē）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（kuài），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（yǒng）磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸（zhóu）器（qì）、及齒（chǐ）輪的傳（chuán）動（dòng）環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率（lǜ）將提升至（zhì）少20%。球磨機直驅係（xì）統的傳（chuán）動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的（de）故障率低，維護檢修方便，還（hái）避免了傳統（tǒng）設備因漏油造成環境汙染。 由於本（běn）產品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，還相（xiàng）當於把一個大功率電機做成了多（duō）個（gè）小功率（lǜ）電機（jī）。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（shì）不增加電機的輸入電流，電機不（bú）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的（de）變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以（yǐ）隻運（yùn）行部分模塊電機驅動球磨機。 傳統電機故障時，會導（dǎo）致電機合成磁動勢發生畸（jī）變，諧波含量增加，平均轉矩下降（jiàng），轉矩波動顯著增加，無法繼續（xù）正常運（yùn）行。而本產品（pǐn）進行了模塊化設計，每（měi）個模塊電（diàn）機（jī）都具（jù）有一套獨立的控製係統，大大（dà）提升了電機控製的自由度,可以利用（yòng）其多（duō）電機結構（gòu）和（hé）控製靈活的優勢，在發生故障時（shí）。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，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本（běn）產（chǎn）品完全（quán）不會因電機發生故（gù）障而影響到生（shēng）產（chǎn）工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重（chóng）載產生震動等（děng）因素會發生轉子偏心現象（xiàng），偏心嚴重時還（hái）會造成電機掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大（dà）小來預防掃膛，而（ér）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（shì）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，可將氣隙做的（de）更（gèng）小，減少（shǎo）永磁體用量，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（xīn）時能繼續正常（cháng）工作，檢修次數更少，工作時間更長（zhǎng），大體（tǐ）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（shì）球磨機裝配示意（yì）圖 二、永（yǒng）磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性 傳統立磨速度單一，工況適應能（néng）力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來（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（pín）調速，適應工況能力（lì）強。遇到突發事件，除（chú）調整磨輾高度（dù）外，還增（zēng）加了速度調節以快速適應係統工作（zuò）環境，係統反應（yīng）速度更快（kuài）。 (2）係統簡單,可靠性高 傳統係統因三相感（gǎn）應電機（jī）無（wú）法在低速實現（xiàn）大轉矩輸出，需要額外的盤車（chē）係統滿足（zú）立磨的低速起動。為保證在電機起動過（guò）程不對電網（wǎng）造（zào）成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動（dòng）後，通過減速器滿足係統轉矩（jǔ）需要，整（zhěng）個係統構成（chéng）複（fù）雜，係統（tǒng）運行的（de）輔助設備很多。直驅係統由變頻控（kòng）製（zhì）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，結構簡單。 (3）變頻器（qì）軟起（qǐ）動，起動過程隨意設（shè）定 傳統係統先由（yóu）低速盤（pán）車（chē）係統起動，待三相感應電機達到起動條（tiáo）件後，軟起動（dòng）裝置（zhì）起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜（zá），低速無法實現過（guò）載輸（shū）出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提（tí）高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變（biàn）頻低速（sù）起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實（shí）際工況進行調整，以滿足各種工（gōng）況的需求。低速可過載輸出，滿足（zú）起動需要，取代盤車係（xì）統。 (4）無減速器（qì），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，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（wú）法實現在（zài）低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成（chéng）單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製（zhì）方便。係統內無減速（sù）器，無需額（é）外進行維護，係（xì）統維護成本低。同時，係統可（kě）實現在電機低速運行情況下進行係統維護。 (5）傳動效率高（gāo）,節能效果明顯 綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅（qū）動係統年（nián）節電量達181萬（wàn）元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅（qū）係統的優勢與球（qiú）磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結（jié）構示意圖 本新型立磨結構采用永磁直驅電機（jī）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（háng）突破，通過設計一種雙向載荷（hé）扇形模塊（kuài）機構替代大直（zhí）徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成本（běn）,在工程實際中具有很強的實（shí）用型。 針對大、中、小型不同（tóng）尺寸的立（lì）磨，分別設（shè）計了三（sān）種立磨專（zhuān）用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永（yǒng）磁直驅電機具（jù）有雙（shuāng）向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用（yòng），並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
