永磁直驅球磨（mó）機（jī）、立磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電（diàn）動機、聯軸器、減速裝置以及（jí）齒輪結構進（jìn）行驅（qū）動（dòng），導致球（qiú）磨機的傳動係統存在機械傳（chuán）動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。 沈陽（yáng）工業大學電機與控製技術研究所與河南全新機電設備（bèi）有限公司聯（lián）合設計研發的（de）球磨機、立磨機（jī）采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進（jìn）行機電一體化設計，取消動力（lì）傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省（shěng）去傳統磨機的減速機，顯著提高（gāo）了電（diàn）機（jī）的（de）效率與（yǔ）功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強（qiáng）、係統免維（wéi）護、自動化（huà）程度（dù）高等優點。 在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計（jì），不僅降低了加工（gōng）、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。模塊化電機的控製技術可以（yǐ）實（shí）現降低（dī）大（dà）功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高（gāo）等（děng）級絕緣。模塊化電機采用（yòng）多（duō）台小功率變頻器聯（lián）合供電，這樣設（shè）計降低（dī）了電機的供電電壓和（hé）使用的變頻（pín）器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨（dú）立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載（zǎi）工況（kuàng）時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨（mó）機（jī）。 在結構方麵，本產品電機（jī）的定子采（cǎi）用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成（chéng）若幹個相互存在間隙的小扇（shàn）形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動（dòng）或偏心，定子塊始終跟隨轉筒（tǒng）運動從（cóng）而保持（chí）定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生（shēng）掃膛現（xiàn）象（xiàng），因此電機的氣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（dī）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，直接拆卸故障電機，更（gèng）換新的模塊電機（jī）即可正常運行。使用本產品完（wán）全不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期（qī）。 2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述 本（běn）產（chǎn）品（pǐn）的（de）隨動式定子結（jié）構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子（zǐ）塊（kuài）就像汽車。滾輪貼合滾（gǔn）筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響（xiǎng）車輪與地麵貼合，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（tǒng）形變、重載震動等原因造成電機偏（piān）心、氣隙不均勻（yún）時，仍能（néng）正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢（jiǎn）修。同時電機定子與轉子間（jiān）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，電機不會發生掃膛現（xiàn）象。 本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁（cí）直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結（jié）構，其隨動原理是在定子塊（kuài）的軸（zhóu）向（xiàng）兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉（zhuǎn）子間的間隙，定子塊徑向外側設有與（yǔ）支撐框（kuàng）架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不（bú）偏心時處（chù）於半（bàn）壓（yā）縮狀態,如果球磨機滾筒向上（shàng）波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾（gǔn）輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同（tóng）時，定（dìng）子塊上的彈性（xìng）機構將其向（xiàng）上頂，保證（zhèng）下方定子塊的（de）滾輪依（yī）然貼合轉筒外表麵，使（shǐ）定（dìng）子塊（kuài）跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向（xiàng）的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾（gǔn）筒向（xiàng）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（de）同時（shí），彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓力（lì）大小可調（diào），對於不同位置的定子塊設置不（bú）同的壓（yā）力,避免因彈性裝置設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製（zhì），根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式（shì）定子塊構成一台模（mó）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，模塊電機包繞式安裝在（zài）球磨機滾筒上。相鄰隨動式定（dìng）子塊間設有固定在支撐框架上（shàng）的（de）擋板來（lái）對定子塊進行圓周方向的限位（wèi）。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安（ān）裝電機轉子鐵心及磁鋼。 本產品（pǐn）的隨動式定子塊安裝拆卸十（shí）分便捷，隻需要沿球磨機的徑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、彈性機構支撐（chēng）架，即可（kě）將定子塊沿徑向拉出，進（jìn）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動係統的優點 現（xiàn）階段大多數的球磨機仍采（cǎi）用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪（lún）結構進行驅動。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，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行（háng）平穩，係統響（xiǎng）應速度快，感應電機則起動（dòng）相對困難。這些也是近年來永（yǒng）磁電（diàn）機應用越來越廣泛的原（yuán）因。 采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、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升至少20%。球磨機直驅係統的傳（chuán）動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低（dī），維護檢修方便，還避免了傳（chuán）統設備因漏油造成（chéng）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，還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機（jī）。模塊化電（diàn）機的控製技術（shù）可以實現（xiàn）降低大功率電機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣（yuán），模塊化電機采用多台小功率變（biàn）頻（pín）器聯合供（gòng）電。這樣（yàng）設計降（jiàng）低了（le）電機的（de）供電電壓和使（shǐ）用的變頻（pín）器容（róng）量（liàng），從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完（wán）全可以隻運（yùn）行部分模（mó）塊電機驅動球磨機（jī）。 傳統電機故障時，會導致（zhì）電機合成（chéng）磁動勢發生畸變，諧波含量增（zēng）加，平（píng）均轉（zhuǎn）矩下降（jiàng），轉（zhuǎn）矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊（kuài）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（shēng）了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控（kòng）製靈活的優勢，在發生（shēng）故（gù）障時。可以直（zhí）接拆卸故障電機更換（huàn）新（xīn）的模塊電機即可正常（cháng）運行（háng）。模塊化電（diàn）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（mó）塊降（jiàng）額運（yùn）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。 球磨機因加工誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形變或重載產（chǎn）生震動等因素會發生轉子（zǐ）偏心現象（xiàng），偏心嚴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大小來預防掃膛（táng），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（néng）在轉筒偏（piān）心時保證（zhèng）定子與轉子之間的間隙恒（héng）定，可（kě）將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式（shì）定子結（jié）構在偏心時能繼續正常工作，檢修（xiū）次數更少，工作時間更（gèng）長（zhǎng），大體積球磨機檢修複（fù）雜（zá），降低檢修次數就是提高（gāo）生產效率。 4、隨動式球磨機裝配示意圖（tú） 二、永磁直驅立磨（mó）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（dān）一，工況適應能力差。遇到突發事（shì）件，調（diào）整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外（wài），還增加了速度調節以（yǐ）快速適（shì）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電機無法在低（dī）速實現（xiàn）大轉（zhuǎn）矩輸（shū）出，需要額外的盤車係統滿足立磨的（de）低（dī）速起動。為保證在電機起動過程不（bú）對電網造成（chéng）過大的衝（chōng）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（de）輔（fǔ）助（zhù）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），轉矩特性滿足需要，無需盤車係統（tǒng）和減速器，輔助係統少，結構簡單（dān）。 (3）變頻器（qì）軟起動，起動過程隨意設定 傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動（dòng）三相感應電機，係統運行。係（xì）統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低（dī）速過程需要盤車（chē）係統，將轉速提高到三相感應電（diàn）機起動條件。直驅（qū）係統直接變頻低速起動，係統直接（jiē）運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際（jì）工況進行調整，以滿足各（gè）種（zhǒng）工（gōng）況的需求。低速可過載輸出，滿（mǎn）足（zú）起動需要，取代盤車係統。 (4）無減速器，維護成本更低,維護次數（shù）少 係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統（tǒng）係（xì）統構成單元多。同時立磨減速（sù）器（qì）結（jié）構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係（xì）統無法實現在低速運（yùn）行的情況下（xià）進行係統維護（hù）。直驅係統構成單（dān）元（yuán）簡單，變頻器控製永磁（cí）同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減（jiǎn）速器（qì），無（wú）需額外進行（háng）維護，係統維護（hù）成本（běn）低。同（tóng）時，係統（tǒng）可實（shí）現在電機低速運行（háng）情況下進行係統維護。 (5）傳動效率高,節（jiē）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量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統（tǒng）的（de）優（yōu）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圖（tú） 本新型立磨結（jié）構采用永磁（cí）直驅電（diàn）機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓（yā）力軸承上進行突破，通過設計一（yī）種雙向（xiàng）載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降（jiàng）低成本,在工程實際中具有很強的實用（yòng）型。 針對大、中、小型不同（tóng）尺寸的（de）立磨，分別（bié）設計了三種立磨專用永磁電機（jī），代（dài）替傳統的減（jiǎn）速機與三相異（yì）步電動機（jī），永磁直驅電機具有（yǒu）雙向載荷機構與不同的放置（zhì）位（wèi）置，均能（néng）達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申（shēn）請專 利（lì）。
永磁直驅礦用球（qiú）磨機 
