永磁直驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立磨（mó）機大都采用三（sān）相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳（chuán）動係統存在機械傳（chuán）動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維（wéi）護工作量大等問題。 沈陽工（gōng）業大（dà）學電機與控製技術（shù）研（yán）究所與河南小黄鸭视频官网機電設備有限公司聯合（hé）設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直（zhí）驅電機（jī）,通過將電動機與機械結構（gòu）進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，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機，顯著提高了（le）電（diàn）機的效率與功率因數，具有節能、起（qǐ）動轉（zhuǎn）矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度（dù）高等（děng）優點。 在控製方麵,本產品電（diàn）機定子采用了模塊化（huà）設計，不（bú）僅降（jiàng）低了加工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個大功率電機做成了多個（gè）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（rù）電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不（bú）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）樣設計降低了電機的（de）供電電壓和使用的變頻器（qì）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（diàn）機控製的自由度（dù），球磨機運行在輕載（zǎi）工況時，完全可以隻運（yùn）行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。 在結構方麵，本產品電機的定子采（cǎi）用了一種自（zì）主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否（fǒu）震動或偏心，定子塊始終（zhōng）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（guò）機械（xiè）結構設計保證定子（zǐ）與轉子間的間隙恒定，電機不（bú）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（diàn）機的小很多，從而大（dà）幅降低電機永（yǒng）磁體用量，降低（dī）生產成本（běn），節約稀土資源，節能用電（diàn）量。當模塊發生故障時，直接拆卸（xiè）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（jī）發生故障而影響到生（shēng）產工期。 2、球磨機專用隨動式永磁直（zhí）驅電機概述 本產品的隨動式（shì）定子結構構成一（yī）種“小車結構”，滾（gǔn）筒就像公路，定子塊就像汽車（chē）。滾輪貼合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車在公（gōng）路（lù）行駛，公路的起伏不影響（xiǎng）車輪與地麵貼合，即滾筒（tǒng）偏心浮動不影（yǐng）響滾輪貼合滾筒，保證（zhèng）定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨（mó）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（zhuǎn），保證磨機始終運行在性能狀態，不必停（tíng）機（jī）檢修。同時電機（jī）定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發（fā）生掃膛現象。 本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊（kuài）化永磁直驅電機，采用獨（dú）立的扇形定子塊（kuài）結構，其隨動原理是（shì）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隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨（mó）機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的（de）滾輪，進而帶動定子塊（kuài）向上移動，上方（fāng）彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上（shàng）的彈性（xìng）機構將其向上頂（dǐng），保證（zhèng）下方定子塊的滾輪依然貼（tiē）合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而（ér）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，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上（shàng）方其向下壓,下方定子塊（kuài）被（bèi）轉筒向（xiàng）下壓。 本產品彈性裝置的（de）壓力大小（xiǎo）可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈（dàn）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塊化控製，根據不同功率的電機設計采（cǎi）用不同個數的隨動式定子塊構（gòu）成一台模（mó）塊電機，一台（tái）整圓電機由多台模塊電（diàn）機構成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉子，模塊電機包繞（rào）式安裝在（zài）球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架（jià）上的擋板來（lái）對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜（xián）接T型支撐板,用（yòng）於支撐安裝電機轉子（zǐ）鐵心及磁鋼。 本產品的隨（suí）動式定（dìng）子塊安裝拆卸十分便捷，隻需（xū）要沿球磨機（jī）的徑向依次拆卸密封外殼、彈（dàn）性機構、彈性機構與定子塊（kuài）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（háng）檢（jiǎn）修或更換新的定子塊。 3、采用本產品代（dài）替（tì）傳統磨機的（de）電機驅動係統的優點 現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝置以及齒輪（lún）結構進行驅動。永磁同步電（diàn）機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行（háng）調速，電（diàn）機運行平穩（wěn），係統響應速度（dù）快，感應電機則起動相對困難。這些（xiē）也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。 采用永磁直驅，取消了中間（jiān）的減速機、聯軸器、及（jí）齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機（jī）直驅係統的傳動效率（lǜ）不（bú）僅得（dé）到大幅提（tí）升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還（hái）避免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，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率（lǜ）電機做成了（le）多個小功率電機。模塊化電機的控製（zhì）技術可以實現降低大功率電（diàn）機的輸入電壓，但（dàn）是不增加電機（jī）的輸入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣，模塊化電機采用（yòng）多台小（xiǎo）功率變頻器聯（lián）合供電。這樣設（shè）計（jì）降低了電機（jī）的供電電壓和使用的變頻器容（róng）量（liàng），從而降（jiàng）低成本。球磨機運行在輕載工（gōng）況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。 傳統電（diàn）機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量（liàng）增加，平均轉（zhuǎn）矩下降，轉（zhuǎn）矩波動顯著（zhe）增加，無法繼續正常運行。而本產品（pǐn）進行了模塊（kuài）化設計，每個模塊電（diàn）機都具有一套獨（dú）立（lì）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（jié）構和控製靈（líng）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（jí）可正常運行。模塊化電機具有冗餘的（de）模（mó）塊數，也可切除故障子模塊而控（kòng）製其餘正常子模塊（kuài）降額（é）運行。使用本產品完全不會因電機（jī）發生故障（zhàng）而影（yǐng）響到生產工期（qī）。 球磨機因加（jiā）工（gōng）誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震（zhèn）動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成（chéng）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（sǎo）膛，而氣（qì）隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心（xīn）時（shí）保證定子與（yǔ）轉子之間的間隙（xì）恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工（gōng）作（zuò），檢修次（cì）數更少，工作時間更長，大（dà）體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提（tí）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（yú）傳統感應電機的優點( 1）變（biàn）頻調速控製，實現負載工況多樣性 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（mó）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（sù），適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應（yīng）係統工作環境，係統反應（yīng）速度更（gèng）快（kuài）。 (2）係統簡單,可靠性高 傳（chuán）統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸（shū）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（jī）起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加（jiā）軟起動裝置（zhì）。三相感應電（diàn）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（háng）的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永（yǒng）磁同步電（diàn）機（jī）起動，轉矩特性（xìng）滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔（fǔ）助係統少，結構簡（jiǎn）單。 (3）變（biàn）頻器軟起動，起動過程（chéng）隨意設（shè）定 傳統（tǒng）係統先由低（dī）速盤車係（xì）統起動，待三相（xiàng）感應電機達（dá）到起動條件後，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（xiàn）過載輸（shū）出。在低速過程需要盤車係統，將（jiāng）轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速（sù）起動（dòng），係統直接運行，係統控製簡單。變頻控（kòng）製（zhì）起動過（guò）程可（kě）根（gēn）據實際工況進行調整，以（yǐ）滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要（yào），取代盤車係統。 (4）無減速器，維護成本更低,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（tóng）時立磨減速器結構複雜（zá）需要經常維護，維護成本費（fèi）用高。同時係統（tǒng）無法實現（xiàn）在低速運行的情（qíng）況下進（jìn）行係統維護。直驅係（xì）統構成單元（yuán）簡單，變頻器（qì）控製永磁同步電機（jī）直接驅動，控製方便。係統內（nèi）無減速器，無需額外進行維護，係統維護成（chéng）本（běn）低。同時，係統可實現在電機（jī）低速運行情況（kuàng）下進行係統維護。 (5）傳動效率高,節能效果明（míng）顯 綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅（qū）動係統年（nián）節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式（shì）鯤（kūn）磨機直驅係（xì）統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。 2、永磁（cí）直驅立磨結構示意圖（tú） 本新型立磨結構（gòu）采用永磁直驅電機驅動（dòng）,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承（chéng）上進行突（tū）破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承（chéng），方（fāng）便加（jiā）工、生產、運輸、裝（zhuāng）配、維修，並降低（dī）成本,在工程實際（jì）中（zhōng）具有很強（qiáng）的實用型。 針對大、中（zhōng）、小型（xíng）不同尺寸（cùn）的立磨，分別（bié）設計了三種（zhǒng）立磨專用永磁（cí）電機（jī），代替傳（chuán）統（tǒng）的減速（sù）機（jī）與三相異步電動機，永磁（cí）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（yā）的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成（chéng）本。均已申（shēn）請專 利。
永磁直驅（qū）礦用（yòng）球磨機（jī） 
