永磁直驅球磨機、立磨機
1、技（jì）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（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致（zhì）球磨機的傳動係統存（cún）在機械傳動鏈冗長（zhǎng）、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所與河南全新機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立（lì）磨（mó）機采用永磁直驅電（diàn）機,通過將電動機與（yǔ）機械結構進行機電（diàn）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，省去傳統（tǒng）磨機的減速（sù）機，顯著提高了電機的效（xiào）率與（yǔ）功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維（wéi）護（hù）、自動化程度高等優點。 在控製方麵,本產（chǎn）品電機定子采用了模塊化設計（jì），不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還（hái）相當於把（bǎ）一個大功（gōng）率電機做成了多個小功率（lǜ）電機。模塊化（huà）電機的控製技術可以實現（xiàn）降低大功率電機的輸入電壓，但是不（bú）增加電機的輸入電流，電機不必（bì）采用高（gāo）等級絕緣。模塊化電機采用多台（tái）小（xiǎo）功（gōng）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，從而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具有一套（tào）獨立的控（kòng）製係（xì）統，大（dà）大提升了電機控製的自（zì）由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以（yǐ）隻運行部分模塊電（diàn）機驅動球磨機。 在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨（suí）動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過（guò）機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏（piān）心，定（dìng）子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結（jié）構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子（zǐ）間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，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（shēng）產成本（běn），節約稀土資源，節能（néng）用電量（liàng）。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的（de）模塊電機即可正常運（yùn）行。使用本產品完全不會（huì）因電機發生故障而（ér）影響到生產（chǎn）工期。 2、球磨機專用隨動式永磁直驅電（diàn）機概述 本產品的隨動式定子結構構（gòu）成一種（zhǒng）“小車結（jié）構”，滾筒就像公（gōng）路，定（dìng）子塊就像汽車（chē）。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽（qì）車在公路行駛，公路的起伏不影響（xiǎng）車輪與地麵（miàn）貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾（gǔn）筒，保證定子（zǐ）、轉子間隙（xì）恒定，在球磨機因裝配誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等（děng）原因造成電機偏心、氣隙不均勻時（shí），仍能正常運（yùn）轉，保證磨機始終運行在性（xìng）能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間（jiān）的間隙也可（kě）以做的更小，減少（shǎo）永磁體（tǐ）用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生（shēng）掃膛現象（xiàng）。 本產品電機（jī）的定子為隨動式結構,基於模塊化（huà）永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子（zǐ）塊結構，其隨動原理（lǐ）是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且（qiě）滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間（jiān）的間隙，定子塊（kuài）徑向外側設有與支撐框架（jià）相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於（yú）半壓（yā）縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂定子塊上（shàng）安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移（yí）動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定（dìng）子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同（tóng）時，定子（zǐ）塊上的彈性機構將其向（xiàng）上（shàng）頂，保證下方定子（zǐ）塊的滾輪依然貼合轉筒外（wài）表麵，使定子塊跟隨轉筒（tǒng）波動而進行徑向與（yǔ）圓周方向的（de）移動，從而保證定子、轉子（zǐ）之間的（de）間隙不變。球磨機滾筒向下（xià）複位或繼續向下波（bō）動，則上（shàng）方定子塊在受到永磁體對其向下的（de）吸引（yǐn）力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊（kuài）被轉筒（tǒng）向下（xià）壓。 本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於（yú）不同位置（zhì）的定（dìng）子塊（kuài）設置不（bú）同的（de）壓力,避免（miǎn）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（mó）塊化控製（zhì），根據不同功率（lǜ）的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉子，模塊電（diàn）機包繞式安裝在（zài）球（qiú）磨機滾筒上。相鄰（lín）隨動（dòng）式定子塊間設有固定在支撐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T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵（tiě）心及磁鋼（gāng）。 本產（chǎn）品（pǐn）的隨動（dòng）式定（dìng）子塊安（ān）裝拆卸十分便捷，隻（zhī）需要沿球磨機的徑向依次（cì）拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的（de）連（lián）接杆、彈性（xìng）機構支撐架，即（jí）可將定子塊沿徑向（xiàng）拉（lā）出，進行檢修或更換新的定子塊。 3、采用本產品代（dài）替傳（chuán）統磨機的電機驅動係統的優（yōu）點 現階段大多數的球磨機仍采（cǎi）用三相感應電動機（jī）、聯軸器、減速裝置以（yǐ）及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電（diàn）機（jī）相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節（jiē）約了能源。永磁電機通過變頻器進行調（diào）速，電機（jī）運行平穩，係統響應速度快，感應電（diàn）機則起動相（xiàng）對困難。這些也是近年（nián）來永磁電機應用越來越廣泛的原因。 采用（yòng）永磁直驅，取消了中間的減速（sù）機、聯軸器（qì）、及齒（chǐ）輪的（de）傳動環節，縮短係統的傳動鏈（liàn），直驅係（xì）統的傳動效（xiào）率將提升至少20%。球磨機（jī）直驅係統的傳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，還避免（miǎn）了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不（bú）僅降低了加（jiā）工，製造，運輸等（děng）難（nán）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（shù）可以（yǐ）實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采（cǎi）用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和（hé）使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機（jī）運行（háng）在輕載工況時,完全可以（yǐ）隻運行部分（fèn）模塊（kuài）電機驅動球磨機。 傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變（biàn），諧波含量增加（jiā），平均轉（zhuǎn）矩下降，轉（zhuǎn）矩波動顯（xiǎn）著增（zēng）加，無法繼（jì）續正（zhèng）常運行。而本產品進行（háng）了模塊化（huà）設計，每個模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,可以利用其多電機結（jié）構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模（mó）塊電機即可正常運行。模（mó）塊化電機具有冗餘的模塊數，也（yě）可切除故障（zhàng）子模塊而控製其餘（yú）正常子模塊降額運行。使用本產（chǎn）品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。 球磨機（jī）因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素（sù）會發生轉子偏心現象，偏（piān）心嚴重時還會造成（chéng）電機掃膛損壞電機，實際生產中常常（cháng）通過增加（jiā）氣隙大小（xiǎo）來預防掃膛，而氣隙（xì）增大（dà）會導致永磁體用量增加，提高電（diàn）機（jī）製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣（qì）隙（xì）做的（de）更小，減少永（yǒng）磁體（tǐ）用量，電（diàn）機不（bú）會發（fā）生掃膛現象，同時因（yīn）為（wéi）該隨動式定子結構（gòu）在偏（piān）心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工（gōng）作時間更（gèng）長，大體積（jī）球磨機檢修複（fù）雜，降低檢修次數就是提高生產效率。 4、隨動式球磨（mó）機裝配示意圖（tú） 二、永磁（cí）直（zhí）驅立（lì）磨技術 1、立磨（mó）直驅對比於傳統感應（yīng）電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工（gōng）況（kuàng）多樣性 傳統立磨速度單一，工（gōng）況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反（fǎn）應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適（shì）應（yīng）工況（kuàng）能力強（qiáng）。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增（zēng）加了速度調節以快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電（diàn）機（jī）無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外（wài）的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電（diàn）機起動後，通過減速器滿足（zú）係統轉（zhuǎn）矩需要，整個係（xì）統構成複雜（zá），係統（tǒng）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（jǔ）特性滿足需要，無需盤車（chē）係統和減速（sù）器，輔助係統少，結構（gòu）簡（jiǎn）單。 (3）變頻（pín）器軟起動，起動過程隨意設定 傳統係統先由低（dī）速盤車係統起動，待三相（xiàng）感應電機（jī）達到起動條（tiáo）件（jiàn）後，軟起動裝置起動三相感（gǎn）應電機，係統（tǒng）運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條（tiáo）件。直驅係統直接變（biàn）頻低速起動，係統（tǒng）直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可（kě）根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求（qiú）。低（dī）速可過（guò）載輸出，滿足起動需要，取（qǔ）代（dài）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（hé）定期維護，傳（chuán）統係統構成單元多。同時立磨減速器（qì）結構複雜需要經（jīng）常維護，維護成本費（fèi）用高。同時係（xì）統無法實現在低速運行的情況下進行係統（tǒng）維護。直驅（qū）係（xì）統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接（jiē）驅動，控製方便。係統內（nèi）無（wú）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（jī）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（yòng）直驅永磁電機取代傳統驅動係（xì）統年節電量達（dá）181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立（lì）式鯤磨（mó）機直驅（qū）係（xì）統的優勢與球磨機直驅（qū）係統相同，這裏不再（zài）一（yī）—贅述。 2、永磁直（zhí）驅立磨結構示意（yì）圖 本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨（mó）效率。在立磨扶正軸（zhóu）承與（yǔ）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，方（fāng）便加（jiā）工、生產（chǎn）、運輸、裝配、維修，並（bìng）降低（dī）成本（běn）,在（zài）工程實際（jì）中具有很（hěn）強的實用型。 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電機，代替傳統的減速機（jī）與三相異（yì）步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同（tóng）的放置位置，均能達到扶正與承壓的（de）作用，並且方便製造、裝配維護（hù），節省成本。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
