永磁直驅球磨機（jī）、立磨機（jī）
1、技術（shù）背景 傳統的球磨機、立磨機大都采用三（sān）相異步（bù）電動機、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（cún）在機械傳動鏈冗長、效率（lǜ）低、機構複雜、運行維護（hù）工作量大等問題。 沈陽工業大學（xué）電機與控製技（jì）術研究所與河南全（quán）新（xīn）機（jī）電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁（cí）直驅電機（jī）,通過將電動機與機械結構進行機電一（yī）體化設（shè）計，取消動（dòng）力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速（sù）機，顯著提高了電（diàn）機的效率與功率因數，具有節（jiē）能、起（qǐ）動（dòng）轉矩大、過載能力強、係統免（miǎn）維護、自動化程度高等優點。 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、製造、運（yùn）輸等難度，還相當於把一（yī）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（shí）現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電（diàn）機的輸入電流，電機（jī）不必（bì）采（cǎi）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（diàn），這樣設計降低（dī）了電機的供電電壓和使用的變（biàn）頻器容量，從而降低成本。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，球磨機運（yùn）行在輕載（zǎi）工況時，完全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動（dòng）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（yán）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（xì）的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論（lùn）球磨機轉筒是否（fǒu）震動或偏心，定子塊（kuài）始終跟隨（suí）轉筒運動（dòng）從而保持定子與（yǔ）轉子間隙恒（héng）定的結構。本產品通過機械結構（gòu）設計保證定子與轉（zhuǎn）子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙（xì）可以設計的（de）比普通永磁直（zhí）驅電機（jī）的小很多，從而大幅降（jiàng）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（liàng）。當模塊發生（shēng）故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工（gōng）期。 2、球磨（mó）機專用隨（suí）動式永磁直驅電機概述 本（běn）產（chǎn）品的隨（suí）動（dòng）式定子結（jié）構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定（dìng）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輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮（fú）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（yīn）裝（zhuāng）配誤差、軸承磨損、滾筒形變（biàn）、重載震動等原因造成電機偏（piān）心、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（tíng）機檢修。同時電機定（dìng）子與轉子間（jiān）的間隙也可以做的（de）更小（xiǎo），減少永磁（cí）體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。 本產品電機的定（dìng）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（dìng）子（zǐ）塊結構，其隨（suí）動原理是在定子塊的（de）軸向兩側安裝滾輪（lún）且滾（gǔn）輪（lún）貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子（zǐ）塊徑（jìng）向外（wài）側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨（mó）機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾（gǔn）筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝（zhuāng）的滾輪，進而帶（dài）動定子塊向上（shàng）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（xiàng）上的吸引力的（de）同時，定子塊上（shàng）的彈性機構將其向（xiàng）上頂，保證下方定子塊的滾輪依（yī）然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與（yǔ）圓周方向的移動，從而保（bǎo）證定子、轉子之間的間隙不（bú）變。球磨機滾筒（tǒng）向下複位（wèi）或繼續（xù）向下波動，則上方定子塊在受到（dào）永磁體對其向下的吸引力的（de）同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。 本產品彈性裝置的壓（yā）力大小可調，對於不同位置（zhì）的（de）定子塊設置不同的壓力,避免（miǎn）因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉（zhuǎn）筒磨損較快。 本（běn）產品將永磁電機采用模塊化控製，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（kuài）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。相鄰隨動式定子塊間設（shè）有固定在支撐（chēng）框架上的擋板來（lái）對定子塊進行圓周方（fāng）向（xiàng）的（de）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心及磁鋼。 本產（chǎn）品的隨（suí）動式定子塊安裝拆卸十分（fèn）便捷，隻需要沿（yán）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（zhī）間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。 3、采（cǎi）用本產品代替（tì）傳統磨機的電機驅動係統的優點 現階（jiē）段大多數（shù）的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及（jí）齒輪（lún）結構進行驅（qū）動。永磁同步電機與感應電機相比優勢（shì）是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了（le）能源。永磁電（diàn）機通過變頻器進行調速，電機（jī）運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這（zhè）些也是近年來永磁（cí）電機應用越來越廣泛的原因。 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（xì）統的傳（chuán）動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係（xì）統的傳動效率不（bú）僅（jǐn）得到大幅提升（shēng），而且直驅係統的（de）故障率低，維護（hù）檢修方便，還避免了傳（chuán）統設備因（yīn）漏油造成環境汙染。 由於本產品電（diàn）機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製（zhì）造（zào），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。模塊化電機的（de）控製技術可（kě）以（yǐ）實現降低大功率電機的輸入（rù）電壓，但是不增加電機的（de）輸入電流，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（lián）合供電。這樣設計降（jiàng）低（dī）了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕（qīng）載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。 傳統電機故障時（shí），會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著（zhe）增（zēng）加，無法繼續正常運行（háng）。而本產品進行了模塊化設計，每個模（mó）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（diàn）機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直（zhí）接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電（diàn）機具有冗餘的模塊數，也可切（qiē）除故障子模塊而（ér）控製其餘正（zhèng）常（cháng）子模塊降額運行。使用本產品完（wán）全不（bú）會因電機發生故障而影響到生產工（gōng）期。 球磨機因加工（gōng）誤差、軸承磨損、滾筒形（xíng）變或重載產生震動等因素會（huì）發生轉子偏心（xīn）現象，偏心嚴重時還會造（zào）成電機掃膛損壞電機，實際生產中（zhōng）常常通過（guò）增加（jiā）氣隙（xì）大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永（yǒng）磁體用量增加，提高（gāo）電機（jī）製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能（néng）在轉筒偏（piān）心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不（bú）會發生（shēng）掃膛現（xiàn）象，同時（shí）因為該隨動式定（dìng）子結構在偏（piān）心時（shí）能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢（jiǎn）修複雜，降低檢修次數就是提高生（shēng）產效率。 4、隨動式球磨機裝配示意圖 二、永磁直驅立磨技術 1、立磨直驅對比於傳統感應電（diàn）機的優點( 1）變頻調速控製，實（shí）現負載工況多樣（yàng）性 傳統立（lì）磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應（yīng）工（gōng）況能力強。遇（yù）到突（tū）發事（shì）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（gōng）作環（huán）境，係統反應（yīng）速度更快。 (2）係統簡單,可靠性（xìng）高 傳統係統因三相（xiàng）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程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動（dòng）裝置。三相感應電機起動後（hòu），通過減速器（qì）滿足（zú）係統轉（zhuǎn）矩需要（yào），整個係統構成複雜，係統運行的輔（fǔ）助設備很多（duō）。直驅係統由變頻控製係統控（kòng）製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需（xū）盤車係統和減速器（qì），輔助係統少，結（jié）構簡單。 (3）變頻（pín）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（dài）三相感應電機達到起動條（tiáo）件後，軟（ruǎn）起動裝置起動三相感應電機，係（xì）統運行。係統控製複雜，低（dī）速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提（tí）高到三相（xiàng）感應（yīng）電機起動（dòng）條件。直驅（qū）係統直接變頻低速（sù）起動（dòng），係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根（gēn）據實際工況進（jìn）行調整，以滿足各種工況的需（xū）求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。 (4）無減速器，維護成本更（gèng）低,維（wéi）護次數少 係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護（hù），傳統係統（tǒng）構成（chéng）單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速（sù）運行的情況下進行（háng）係統（tǒng）維護。直驅係統構成單元（yuán）簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控（kòng）製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係（xì）統維護成本低。同時，係統（tǒng）可實（shí）現在電機低速（sù）運行情況下進行係統維護（hù）。 (5）傳動效率高,節能效果（guǒ）明顯 綜（zōng）上采用直驅永磁電機取（qǔ）代傳統驅動係（xì）統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立（lì）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（yī）—贅述。 2、永（yǒng）磁直驅立磨結構示意圖 本新型立磨結構采用永磁直（zhí）驅電機驅動（dòng）,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破（pò），通過（guò）設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直（zhí）徑軸承，方（fāng）便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成本,在工程實際中具有很強的實用（yòng）型。 針對大、中（zhōng）、小型不同尺寸的（de）立磨（mó），分別設計了三種立磨專用永磁（cí）電機（jī），代替傳統的減（jiǎn）速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作（zuò）用，並且方便製造、裝配（pèi）維護，節（jiē）省成本。均已申請專 利（lì）。
永磁直驅礦用球磨機 
