永磁直驅球（qiú）磨機、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動機、聯軸器（qì）、減（jiǎn）速裝置以（yǐ）及齒輪結構進行驅動，導致球磨（mó）機的（de）傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構（gòu）複雜、運行維護工作量（liàng）大等（děng）問（wèn）題。 沈陽工業大學電機與控製技術研（yán）究所與河南（nán）九幺免费版機電設備有限公（gōng）司（sī）聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進（jìn）行機電一（yī）體化設計，取消動力傳輸的中間（jiān）環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大（dà）、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。 在控製（zhì）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、製造、運輸（shū）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。模塊化電機的控製技（jì）術可以實現降低大功率電（diàn）機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電（diàn）機不必采（cǎi）用高等級絕（jué）緣。模塊化電機采用多台（tái）小功率變（biàn）頻器聯（lián）合供電，這樣設（shè）計降低了（le）電機的供電電壓和使用的變頻器容（róng）量，從（cóng）而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係統（tǒng），大大提升了（le）電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時（shí），完全（quán）可以隻運行部分（fèn）模塊電機（jī）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（jì）研發的隨動式（shì）結構，將整圓的定（dìng）子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，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（xīn），定（dìng）子塊始終跟（gēn）隨轉筒運動從而保（bǎo）持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機（jī）械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛（táng）現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通（tōng）永磁直驅（qū）電機的（de）小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障（zhàng）時，直接拆卸故障電機，更（gèng）換新的模（mó）塊電機即可正常運行。使用（yòng）本（běn）產品（pǐn）完全不會（huì）因電機（jī）發生（shēng）故障而影響到生產工期。 2、球磨機專用（yòng）隨動式永磁直驅電機概述 本（běn）產品的隨動式定子結構構成一種（zhǒng）“小車結構”，滾筒就像公路，定子（zǐ）塊就像汽車（chē）。滾輪（lún）貼合（hé）滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合（hé），即滾筒偏心浮動不（bú）影響滾（gǔn）輪貼合滾筒，保證（zhèng）定（dìng）子、轉子（zǐ）間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變、重載震動等原因造（zào）成電機偏心（xīn）、氣隙不均勻時，仍能（néng）正常運轉，保證磨機始終運行在（zài）性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可（kě）以做（zuò）的更小，減少永磁體用量，並且因為（wéi）隨動式（shì）結（jié）構（gòu），電機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直（zhí）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的軸向（xiàng）兩側安裝滾輪且（qiě）滾輪貼合（hé）滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有（yǒu）與支（zhī）撐框架（jià）相連的彈（dàn）性機構。彈（dàn）性機（jī）構在球磨機（jī）滾筒不偏（piān）心時處於半壓縮狀（zhuàng）態,如果（guǒ）球磨機滾筒向上波動，轉筒（tǒng）會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上（shàng）移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在（zài）受到永磁（cí）體對（duì）其向上的吸（xī）引力的同時，定子塊上的彈性機構將（jiāng）其向上頂（dǐng），保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉（zhuǎn）筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移（yí）動，從而保證定子、轉子之間的間隙（xì）不變。球磨機滾筒向（xiàng）下複位或繼（jì）續向（xiàng）下波動，則上方定（dìng）子塊在受（shòu）到永磁體對其向下（xià）的吸引（yǐn）力的同時，彈性（xìng）機構將上方其向（xiàng）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，對於不同位置（zhì）的定子（zǐ）塊（kuài）設（shè）置不同的壓力,避（bì）免因（yīn）彈性裝置設置的壓力過大（dà）造成滾輪或轉（zhuǎn）筒（tǒng）磨損（sǔn）較快。 本產品將（jiāng）永磁電機采用模塊（kuài）化控製，根據不同功率的電機設計采用不（bú）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（jī）構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊（kuài）電（diàn）機包（bāo）繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動（dòng）式定子塊間（jiān）設有固定在支（zhī）撐框（kuàng）架上的（de）擋板來對定子塊進行圓周方向的（de）限位。球磨機（jī）滾筒的法蘭處銜接（jiē）T型支撐板,用於支撐安裝電機（jī）轉子（zǐ）鐵心及（jí）磁鋼。 本產品的隨動（dòng）式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨（mó）機（jī）的徑向依次拆卸密封外殼、彈（dàn）性機構、彈性機構與定（dìng）子塊之間的連接（jiē）杆、彈性機構支撐架，即可將（jiāng）定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊（kuài）。 3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的（de）優點 現階段（duàn）大多（duō）數的球磨機仍采用三相感應電動（dòng）機、聯軸器、減（jiǎn）速裝置以（yǐ）及齒輪結構進行驅動。永（yǒng）磁同步電機與感（gǎn）應電機相比優勢是它有（yǒu）較高的效（xiào）率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電（diàn）機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速（sù）度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛（fàn）的原因（yīn）。 采用永磁直驅，取消了（le）中間的減速機、聯軸（zhóu）器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動（dòng）效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率（lǜ）不僅得到大幅（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漏油造（zào）成環境汙染。 由（yóu）於本產品電機定子采用（yòng）了模塊化設計，不僅降低（dī）了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做（zuò）成了多個小功率電機。模塊化電機的控（kòng）製（zhì）技術可以實現降（jiàng）低大功率（lǜ）電機的輸入（rù）電壓，但是不增加電機的輸入（rù）電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這（zhè）樣設（shè）計降低了（le）電（diàn）機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨（mó）機運行（háng）在輕載工況時,完全可以隻運（yùn）行部分模塊電機（jī）驅動（dòng）球磨機。 傳統電機故障時，會導致電機合成（chéng）磁動勢發生畸變，諧（xié）波含量增加，平（píng）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（shè）計，每個模塊電機都具有一套獨立的（de）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塊電機即可正（zhèng）常（cháng）運（yùn）行。模塊化電機具（jù）有冗餘的模塊數，也（yě）可切除故障子模塊而控製其餘正常（cháng）子模塊降（jiàng）額運行。使用本產品完全不會因（yīn）電機發生故（gù）障而影響到生產工期。 球（qiú）磨機因加工誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發（fā）生轉子偏心現象，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，而氣隙增大會導致永磁體用量增（zēng）加，提高電機製造成本（běn）。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（jiān）隙恒定，可將（jiāng）氣隙做（zuò）的（de）更小，減少永磁（cí）體用量，電機不會發生掃膛現象（xiàng），同（tóng）時因（yīn）為該隨動式定子結構（gòu）在偏心時能（néng）繼續正常工作（zuò），檢修次數更少，工作時間更長，大體（tǐ）積球磨機檢修複雜，降低檢修（xiū）次數就是提高生（shēng）產效（xiào）率。 4、隨動式（shì）球磨機（jī）裝配示意圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨直（zhí）驅對比於傳統感應電（diàn）機的優點( 1）變頻調速控製，實（shí）現負載工況多（duō）樣性 傳統立磨速度單一，工況適應能（néng）力差。遇（yù）到突發事件，調（diào）整磨鞮高（gāo）度來改變係統（tǒng）工作環境，係（xì）統反應（yīng）速度（dù）慢。永（yǒng）磁（cí）同（tóng）步電機采用變頻調速，適應工況能力（lì）強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外（wài），還（hái）增加了速度調節以（yǐ）快（kuài）速適應係統工作環境，係統反（fǎn）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（sù）實現大（dà）轉矩輸出，需要額外的盤車（chē）係統滿足立磨的低速起動。為保證（zhèng）在電機起動過（guò）程不對電網造成過大（dà）的衝擊，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，係統運行的輔助設備（bèi）很多。直驅係（xì）統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特（tè）性滿足需要，無需盤（pán）車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。 (3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定 傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起（qǐ）動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過（guò）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（qǐ）動（dòng）條（tiáo）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。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿（mǎn）足各種工況的需求。低速（sù）可過載輸出，滿足起動需要，取（qǔ）代盤車係統（tǒng）。 (4）無減速器，維（wéi）護成本更低,維護次數少 係統各構成單元均需要時常（cháng）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（cháng）維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在（zài）低（dī）速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變（biàn）頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減（jiǎn）速器，無需額外進行維護（hù），係統維護成本低。同時（shí），係統可實現在電機低（dī）速運行情況下進（jìn）行（háng）係統維護。 (5）傳（chuán）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動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式（shì）鯤磨機直驅係統的優勢與球（qiú）磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。 2、永磁直驅立磨結構示意圖（tú） 本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率（lǜ）。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扇形（xíng）模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝（zhuāng）配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。 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（dài）替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具（jù）有雙向載荷機構與不同的放（fàng）置位（wèi）置，均能達（dá）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。
永磁直驅礦用球磨機 
