永磁直驅球磨（mó）機、立磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨機大都采用（yòng）三相異步電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在（zài）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（yáng）工業大學電（diàn）機與控製（zhì）技術研究所與河南日本一二三区视频在线機電設備有限公司（sī）聯合設計（jì）研（yán）發的球（qiú）磨（mó）機、立磨機采用（yòng）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，取消動力傳（chuán）輸的中間環節（jiē），做成直驅方案，能直接滿（mǎn）足荷載的需求，省去傳統磨機（jī）的減速（sù）機，顯著提高（gāo）了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高（gāo）等優點。 在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，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（jī）做成了多個小功率電機（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（dàn）是不增（zēng）加電機（jī）的輸入電流，電機不必采（cǎi）用高等級絕緣。模塊化電（diàn）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變頻器容量，從而降低（dī）成本。每個（gè）模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大（dà）提升了電（diàn）機控製的自由度，球磨機運行（háng）在輕載工況時，完全（quán）可以隻運行部（bù）分模塊（kuài）電機驅動球磨機。 在結構（gòu）方麵，本產品電機的定子采用（yòng）了一種自主設計研發的隨動（dòng）式結構，將整圓的定子分成若幹（gàn）個相互存在間隙的小扇形（xíng）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心，定子塊始終跟（gēn）隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙（xì）恒定的結構。本產品通過機械（xiè）結構設計保證定（dìng）子與轉子間的間隙恒定，電機不（bú）會發生（shēng）掃膛現象，因此電機（jī）的氣（qì）隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大（dà）幅降低電機永磁體用量（liàng），降低（dī）生產成本（běn），節約稀土資源，節能（néng）用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機（jī），更換新的模塊（kuài）電機（jī）即可正常運（yùn）行。使用（yòng）本產品完全（quán）不會（huì）因電機（jī）發（fā）生故障（zhàng）而影響到生產工期。 2、球磨機專用隨動式永磁直（zhí）驅電機（jī）概述 本產品的隨動式（shì）定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就（jiù）像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車（chē）輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動（dòng）不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載（zǎi）震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，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的間隙也可以做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，並且（qiě）因（yīn）為隨動式結構，電機（jī）不會發生掃膛現象。 本（běn）產品電機的定子為隨動式結構（gòu）,基於（yú）模（mó）塊化（huà）永磁（cí）直驅電機（jī），采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原（yuán）理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間（jiān）隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連（lián）的彈性機構（gòu）。彈性機構在球磨機滾筒不偏心（xīn）時處於半壓縮狀態,如果球（qiú）磨（mó）機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊（kuài）向上移動，上方彈性機構繼續壓縮（suō）;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時（shí），定子塊上的彈（dàn）性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒（tǒng）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。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上（shàng）方定子塊在（zài）受到永磁體（tǐ）對其向下的（de）吸引力的同時（shí），彈性機（jī）構將（jiāng）上（shàng）方其向下壓（yā）,下方定子塊被（bèi）轉筒向下（xià）壓。 本產品彈性裝（zhuāng）置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊（kuài）設置不同的（de）壓力（lì）,避（bì）免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或（huò）轉筒磨損較快（kuài）。 本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電（diàn）機設計采用不同個數的隨動式定子塊構（gòu）成一台模塊電機，一台整圓（yuán）電機由多台模（mó）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球磨機滾筒上。相（xiàng）鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對（duì）定子塊進行圓周方（fāng）向的限位（wèi）。球磨機滾筒的法蘭處銜（xián）接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。 本產品的隨（suí）動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼（ké）、彈（dàn）性機構、彈性機構（gòu）與定子塊之間的連接杆、彈性機（jī）構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進（jìn）行檢修或更換新的定子（zǐ）塊。 3、采用本產品代替傳統磨機的（de）電機驅動係統的優點 現階段大多數的球（qiú）磨機仍采（cǎi）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較高（gāo）的效率和功率（lǜ）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，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近（jìn）年來永磁電機應用越來越廣（guǎng）泛的原因。 采（cǎi）用（yòng）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（tǒng）的傳動鏈，直（zhí）驅係統的（de）傳動效率將提升至少（shǎo）20%。球磨機直驅係統的傳動效率不（bú）僅得（dé）到大（dà）幅（fú）提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因（yīn）漏油造成（chéng）環境汙染。 由於本產品電（diàn）機定子采用了模塊（kuài）化設計（jì），不僅降低了加工，製造，運輸等難（nán）度，還（hái）相當於把（bǎ）一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓（yā），但是不增加電機的輸入電流（liú），電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采（cǎi）用多台小功率（lǜ）變頻器聯（lián）合供電。這樣（yàng）設計降低了電機的供電電壓和使用的（de）變頻器容量，從而（ér）降低成（chéng）本（běn）。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻（zhī）運行部分模（mó）塊（kuài）電機驅動球磨（mó）機。 傳統電機故障時（shí），會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧（xié）波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正（zhèng）常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可（kě）以利用其多（duō）電機結構（gòu）和控製靈活的優勢，在（zài）發生故障時。可以直接拆卸故障（zhàng）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（zǐ）模塊降額運行。使用本產品完全不會因（yīn）電機發生故障（zhàng）而影響到（dào）生產工期。 球磨（mó）機（jī）因加工誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變或重（chóng）載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機（jī）掃膛（táng）損（sǔn）壞電機，實（shí）際（jì）生產中常常通過增加（jiā）氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁（cí）體用量增加，提高電機製造成（chéng）本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心（xīn）時保證定（dìng）子與轉（zhuǎn）子之（zhī）間的間隙（xì）恒定，可將（jiāng）氣隙做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，電機不（bú）會發生掃膛現象，同（tóng）時（shí）因為該隨動式定子結構在（zài）偏心（xīn）時能繼續正常工作，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（cì）數就是提高生產效率。 4、隨（suí）動式球磨機裝配示意圖 二、永磁直驅立磨（mó）技術 1、立（lì）磨直驅對（duì）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，工況適應能力差（chà）。遇到（dào）突（tū）發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環（huán）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（tū）發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快（kuài）速適應係統工作環境，係統反應速度更快（kuài）。 (2）係統（tǒng）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（shū）出（chū），需要額外的（de）盤車係統滿足立磨（mó）的低速起動。為保證在（zài）電機起動過程不對電（diàn）網造成過大的衝擊，需增（zēng）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（zhuǎn）矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統（tǒng）由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無（wú）需（xū）盤車係統和減速器，輔助係統少，結（jié）構簡單。 (3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定 傳統係統先由低（dī）速盤車係統起（qǐ）動，待三（sān）相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起（qǐ）動三相感應電機（jī），係統運行（háng）。係統控製複（fù）雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將（jiāng）轉速提高到三相（xiàng）感應（yīng）電機（jī）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。變頻控製起動過（guò）程可根（gēn）據實際工況進行調整，以滿足各種工況的（de）需求（qiú）。低速可過載輸出，滿足起動需（xū）要，取代盤車係統。 (4）無減速（sù）器，維護成（chéng）本更低,維護（hù）次數少 係統各構成單元均需（xū）要時常（cháng）檢查和定（dìng）期維護，傳統係統構成單（dān）元多。同（tóng）時立磨減（jiǎn）速器結構複雜需要經常維護，維護（hù）成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情（qíng）況下進（jìn）行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁（cí）同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本（běn）低。同時，係統可實現在電機低（dī）速運行情況下進行係（xì）統維護（hù）。 (5）傳動效率高,節能效果明顯 綜上采（cǎi）用（yòng）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的優勢與球磨機直（zhí）驅係統相同，這裏不再一—贅述。 2、永磁直（zhí）驅（qū）立磨結構示意圖 本新型立磨結構采用永（yǒng）磁直驅電機驅動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷（hé）扇形（xíng）模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸（shū）、裝配（pèi）、維修，並降低成本,在工程實（shí）際中（zhōng）具有很（hěn）強的實用型。 針對大（dà）、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（jiǎn）速機與三相異步電動（dòng）機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與（yǔ）不同的放置位置，均能達到扶正與承（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。
永磁直驅礦用球（qiú）磨機 
