永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的球（qiú）磨機、立磨機大都采用三相異步電動機（jī）、聯軸器、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鏈冗長、效率低、機構複（fù）雜、運行維護工（gōng）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红桃影视機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動（dòng）機與機械結構進行機電一體（tǐ）化設計，取消動力傳輸的中間環（huán）節，做成直驅（qū）方案（àn），能直（zhí）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）率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過（guò）載能力強、係統免維護、自動化程度（dù）高等優點。 在控製方麵,本產（chǎn）品電（diàn）機定子采用了模（mó）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（lǜ）電機。模（mó）塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機（jī）的輸入電壓，但是不增加電機（jī）的輸入電流，電（diàn）機不必采（cǎi）用（yòng）高（gāo）等級絕緣。模塊化電機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電，這（zhè）樣設計降低了電機（jī）的供電電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降（jiàng）低成本（běn）。每個模塊電（diàn）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，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行（háng）部分模塊電機驅動球磨機。 在（zài）結構方麵，本產品電機（jī）的定子采用了一種自主設計研發（fā）的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機（jī）械結構設計，確定了一（yī）種無論球磨（mó）機轉筒是否震動或偏（piān）心，定子塊始終跟隨轉筒運動從（cóng）而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產（chǎn）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（huì）發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設（shè）計的比普通永磁直驅（qū）電機的（de）小很多，從而大幅降低（dī）電機永磁體用量，降低生產成本，節約（yuē）稀土資源，節能用（yòng）電量。當（dāng）模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機（jī）即可正常運行。使（shǐ）用本產（chǎn）品（pǐn）完全不會因電機發（fā）生故障而影響到生產工期。 2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述 本產品的隨動式定子結構（gòu）構成一種“小車結（jié）構”，滾筒就像公路，定子塊就像（xiàng）汽車。滾（gǔn）輪貼合滾筒旋轉相當於（yú）汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾（gǔn）輪貼合滾筒，保證定子、轉子（zǐ）間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變、重載震動等原（yuán）因造成（chéng）電機偏（piān）心、氣隙不均勻時，仍（réng）能正常運轉，保證（zhèng）磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同（tóng）時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量（liàng），並且因為隨動式結構，電機不會（huì）發生（shēng）掃膛現象。 本產品電機的（de）定子為（wéi）隨動（dòng）式結構,基（jī）於（yú）模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理（lǐ）是在定子塊的軸向兩側安裝滾（gǔn）輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向（xiàng）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（tǒng）不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機（jī）滾筒向上波（bō）動（dòng），轉筒會向（xiàng）上頂（dǐng）定子塊上安裝（zhuāng）的滾輪，進而帶（dài）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（shòu）到永（yǒng）磁體對其向上的吸引力的同時，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合（hé）轉筒外表（biǎo）麵，使定子塊跟隨（suí）轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複（fù）位或（huò）繼續向下波動（dòng），則上方定子塊在受到（dào）永磁體對其向下的吸引力的同時，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（dàn）性裝置的（de）壓力大小（xiǎo）可調，對於不同位置的定子塊設置（zhì）不同（tóng）的壓力,避免因（yīn）彈性裝置設置的壓力過大造成（chéng）滾輪或轉筒磨損較快。 本產品（pǐn）將永磁電機采用模塊化控製，根（gēn）據不同功率的電（diàn）機設計采（cǎi）用不（bú）同個數的隨動式定（dìng）子塊構（gòu）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（mó）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（shàng）。相鄰隨動式定子塊間設有固定在（zài）支撐框架上的擋板來對定（dìng）子塊進行圓周方向（xiàng）的限位（wèi）。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。 本產（chǎn）品的隨動式定子（zǐ）塊安裝拆卸十分（fèn）便捷，隻需要（yào）沿球磨機的徑向依次拆（chāi）卸密（mì）封外殼、彈性機（jī）構（gòu）、彈性（xìng）機構與定子塊之間的連接杆、彈（dàn）性機構支撐（chēng）架，即可將定子（zǐ）塊沿徑向拉出，進行（háng）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（dòng）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（jìn）行驅動。永（yǒng）磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功（gōng）率因數，損耗大大降低，節（jiē）約了能源。永磁電機通過變（biàn）頻器進行調速，電（diàn）機運行平穩，係統響應速度快，感應（yīng）電（diàn）機則起動（dòng）相對困難。這些也是近年來永磁（cí）電機應用越（yuè）來越廣（guǎng）泛的原因。 采用永（yǒng）磁直驅，取（qǔ）消了中間的減速（sù）機、聯軸器（qì）、及齒輪的（de）傳動環節，縮短係統的（de）傳（chuán）動（dòng）鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係（xì）統的傳動效（xiào）率不僅得（dé）到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了（le）傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產品電機定子（zǐ）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（yú）把一個大功率電（diàn）機做成了多個小功率電機。模塊化電機（jī）的控製技術可以實現降（jiàng）低大功率電機（jī）的輸入電壓，但是不增加電機的輸（shū）入電（diàn）流（liú），電機不必采用（yòng）高（gāo）等級絕緣，模塊化電機采用多台（tái）小功（gōng）率變頻（pín）器聯合供電。這（zhè）樣設（shè）計降低了（le）電機的供電電（diàn）壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機（jī）運行在輕（qīng）載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 傳統電機故障時，會導致電機合成磁（cí）動勢發生畸變，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。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機（jī）都具有一套獨立的控（kòng）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構和控（kòng）製靈活的優勢，在（zài）發生故障時。可以直接（jiē）拆卸故障電（diàn）機更換（huàn）新的模塊電機即（jí）可正常運行（háng）。模塊化電機具（jù）有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控（kòng）製（zhì）其餘正常子模塊降額（é）運行。使（shǐ）用本產品完全不會因電機發（fā）生（shēng）故（gù）障而影響到生產工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏（piān）心現（xiàn）象，偏心嚴重時還會造成（chéng）電機掃膛損壞電機，實際生（shēng）產中常常通過增加氣隙大小來（lái）預防掃膛，而氣隙（xì）增大（dà）會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本（běn）。隨動式定子結構的（de）模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子（zǐ）與轉子之（zhī）間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機（jī）不會發（fā）生掃膛現象，同時因為該（gāi）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（jī）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（zhuāng）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機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性（xìng） 傳統立磨速度單一，工況適應（yīng）能力差。遇到突發事件，調整（zhěng）磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永（yǒng）磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突（tū）發事件，除調整磨輾高度外，還增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。為保證在電機起動過（guò）程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動（dòng）後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係（xì）統（tǒng）構成複雜，係統運行（háng）的輔助設備很多。直驅（qū）係統由變（biàn）頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需（xū）要，無需盤車係（xì）統和減速器，輔助係統少，結構（gòu）簡單。 (3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定 傳統係統（tǒng）先由（yóu）低速盤車係統起動，待三相感應電機（jī）達到起（qǐ）動條件後，軟起動裝置（zhì）起動三相感應電機，係統運（yùn）行。係統控製複（fù）雜，低（dī）速（sù）無法實現（xiàn）過載輸出。在低速（sù）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。直驅係統直接變頻（pín）低速起動，係（xì）統直接運（yùn）行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實（shí）際工（gōng）況進行調整，以（yǐ）滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿（mǎn）足起動需要，取代盤車係統。 (4）無減速器，維護成（chéng）本更（gèng）低,維護次（cì）數少 係統各構成單元均需要時常檢查（chá）和定期維護，傳統係統構成單元多。同（tóng）時立磨減（jiǎn）速器（qì）結構複雜需要經常維護，維（wéi）護成本費用高。同時係統無法實（shí）現在低速運行的情（qíng）況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變（biàn）頻器（qì）控製永磁同步電機直接驅動，控製方便（biàn）。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統（tǒng）可實現在電機低速運行情況下（xià）進（jìn）行係（xì）統維護。 (5）傳動效率（lǜ）高,節能效果明顯 綜上采用直（zhí）驅永磁電機取（qǔ）代（dài）傳統驅動（dòng）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的優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（gòu）示意圖 本新型立磨結（jié）構（gòu）采（cǎi）用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙（shuāng）向載荷扇形模塊機構替代大直（zhí）徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在（zài）工程實際中具有（yǒu）很強的實用（yòng）型。 針對大、中、小型不同（tóng）尺（chǐ）寸的立磨，分別設（shè）計了三種（zhǒng）立磨專用（yòng）永磁電機，代替傳統的減速機與三相異（yì）步電動機，永磁直（zhí）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作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專（zhuān） 利。
永磁直驅礦用球磨（mó）機 
