永（yǒng）磁直（zhí）驅球磨機、立磨機
1、技術背景 傳統的球磨機、立（lì）磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及（jí）齒（chǐ）輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳（chuán）動鏈冗長、效率低、機構（gòu）複雜、運行維護工（gōng）作量大（dà）等問題。 沈陽工業（yè）大學電機與控製技術研究所與河南春梦直播機電設備有限（xiàn）公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械（xiè）結構進行機電一體化設計，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（diàn）機的效率與功（gōng）率因數，具有節（jiē）能、起動轉矩大、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（jī）定子采用了模塊（kuài）化設計，不僅降（jiàng）低了加工、製造、運輸等難度（dù），還相當於把（bǎ）一個大功率電機做成（chéng）了多個小功率電（diàn）機。模塊化電（diàn）機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加（jiā）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（tái）小功率變頻器聯合（hé）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，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套（tào）獨（dú）立的控製係統，大大（dà）提升了電機控製的自（zì）由度，球磨機運行在輕載工況時，完全（quán）可以隻運行（háng）部分模塊電機（jī）驅（qū）動球磨機。 在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個（gè）相互（hù）存在間隙的小扇形塊，通過機械（xiè）結構設（shè）計，確定了一種無論球（qiú）磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉（zhuǎn）筒（tǒng）運動從而保持定子與轉子間隙（xì）恒定的（de）結構。本產品通過機械結（jié）構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的（de）氣隙可以設計的（de）比普通永磁直驅電（diàn）機的小很多，從而大幅降低（dī）電機永磁（cí）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（shēng）故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可（kě）正常運行。使用本產品（pǐn）完全不會因電（diàn）機發生故障而影響（xiǎng）到生產工（gōng）期。 2、球磨機專用隨動式永磁直驅電（diàn）機概（gài）述 本產品的隨動式定子結構構成一種“小車（chē）結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。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，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子（zǐ）、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均（jun1）勻（yún）時，仍能正常運轉，保證磨機（jī）始終運行在（zài）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（yě）可以做的更小，減少永磁體用量，並且（qiě）因為隨動式結構，電機不會發生掃（sǎo）膛現象。 本產品電機的定子為隨（suí）動式結構,基於模塊化（huà）永磁直驅電機（jī），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輪且滾輪貼合滾（gǔn）筒來確定定子與轉子間的間（jiān）隙，定（dìng）子塊徑向（xiàng）外側設（shè）有與支撐框（kuàng）架相連（lián）的彈性機（jī）構。彈性機構在球磨機（jī）滾筒不偏心時處於半壓（yā）縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方（fāng）彈性機構繼續（xù）壓縮;下方定（dìng）子（zǐ）塊在受（shòu）到永磁體（tǐ）對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈（dàn）性機（jī）構將其向上頂（dǐng），保（bǎo）證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使（shǐ）定子塊（kuài）跟隨轉（zhuǎn）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（jiān）的間隙不變。球磨機（jī）滾筒向下複位或繼續向下波動（dòng），則上方定子塊（kuài）在受到永磁體對（duì）其向下的吸引力的同時，彈性（xìng）機構將上方（fāng）其（qí）向下壓,下方定子塊被轉筒向（xiàng）下壓。 本產品（pǐn）彈（dàn）性裝置的壓力大小可（kě）調（diào），對於不同位置的定子塊設（shè）置不同的壓力,避免（miǎn）因彈性裝置設（shè）置的（de）壓力過（guò）大造成（chéng）滾（gǔn）輪或轉筒磨損（sǔn）較快（kuài）。 本（běn）產品將（jiāng）永磁電機采用（yòng）模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用（yòng）不同（tóng）個數的隨動（dòng）式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由（yóu）多台模塊（kuài）電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞（rào）式安裝（zhuāng）在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設（shè）有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進（jìn）行圓周方向的限位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭（lán）處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉（zhuǎn）子鐵心及磁鋼。 本產品的隨動式定子塊安裝拆（chāi）卸十分便捷，隻需要沿球（qiú）磨機的（de）徑向依次拆卸密封外殼、彈（dàn）性機（jī）構、彈（dàn）性機（jī）構與定子（zǐ）塊之間的（de）連接杆（gǎn）、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進（jìn）行檢修或更換新的定子塊。 3、采用本（běn）產品（pǐn）代替（tì）傳統磨機的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、減速裝（zhuāng）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（jiào）高的效率和功（gōng）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調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起（qǐ）動相對困難。這些也是近年來永磁電機應（yīng）用（yòng）越來越廣（guǎng）泛的原（yuán）因。 采用永磁直驅，取（qǔ）消了中間的減速機、聯（lián）軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升（shēng），而且直驅係統的故障率低，維護檢修（xiū）方便（biàn），還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。 由於本產品（pǐn）電機（jī）定子采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）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。模塊化電（diàn）機的控製技術（shù）可以實現降低大功率電機的輸入電（diàn）壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣，模塊（kuài）化電機（jī）采用多台小功率變（biàn）頻器聯（lián）合（hé）供電。這樣設計降（jiàng）低了（le）電機的（de）供電電壓和使用的變（biàn）頻器容量，從而降低成本（běn）。球磨機運行在輕載工況時,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，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉（zhuǎn）矩（jǔ）波動顯著增加（jiā），無法繼續（xù）正常運行。而本產品進行了模塊化設計，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,可以利用其多電機結構和控製靈活的（de）優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換（huàn）新（xīn）的模塊電機即可正常運行。模（mó）塊化電（diàn）機具有冗餘的模塊數，也可（kě）切除故障子模（mó）塊而控製其（qí）餘正常子模塊降額（é）運行。使用本產品完全不會因電（diàn）機發生故障而影響到生產工期。 球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心（xīn）嚴重時還會造成電機掃（sǎo）膛損壞電機，實際生（shēng）產中常常通過增加氣隙大小來預（yù）防掃膛，而氣隙增大會導（dǎo）致永磁（cí）體用量增加，提高電機製（zhì）造成本。隨動式定（dìng）子結構（gòu）的（de）模塊電機，能在轉筒偏（piān）心（xīn）時保證定子與（yǔ）轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁（cí）體用量，電機不會（huì）發生掃膛現象，同時（shí）因為該隨動式定子結構在偏心時能（néng）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（xiū）複雜，降低檢修次數（shù）就是提高生產（chǎn）效率。 4、隨動式球磨機裝配示（shì）意圖（tú） 二、永磁（cí）直驅立磨技術（shù） 1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製（zhì），實現負載工況多樣性 傳統立磨速度單一，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（jī）采用（yòng）變頻調速，適應工況能（néng）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（jī）無（wú）法在低速實現大轉矩輸出，需要（yào）額（é）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（chéng）過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機（jī）起動後，通過減速器滿足係統（tǒng）轉矩需要，整（zhěng）個係（xì）統構成複雜，係統（tǒng）運行的輔助（zhù）設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永（yǒng）磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要（yào），無需盤車係統和（hé）減速器，輔助係統少，結構簡單。 (3）變（biàn）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（tǒng）起動（dòng），待三相感應（yīng）電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感（gǎn）應電機，係統運行。係統控製（zhì）複雜，低速無法（fǎ）實（shí）現過載（zǎi）輸（shū）出。在低速過程需要（yào）盤車（chē）係統，將轉速提（tí）高到三相感應電機起動條件。直驅係統直（zhí）接變頻低（dī）速起動（dòng），係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各（gè）種工況的需求。低速可過載輸出（chū），滿足起動需要，取代盤車係統。 (4）無減速器，維護成本更低,維護次數少 係（xì）統各構（gòu）成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立（lì）磨減速（sù）器結構複雜需要經常維護，維護成本（běn）費用高。同時係統無法實現在低速運行的（de）情況下進行係統維護。直驅係（xì）統構（gòu）成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護（hù）成本低。同（tóng）時，係統可實現在電（diàn）機低速（sù）運（yùn）行情況下進行係統維（wéi）護。 (5）傳動（dòng）效率（lǜ）高,節能效（xiào）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）立式鯤磨機直（zhí）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、永磁直驅立磨結構示意圖 本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提（tí）高了立磨效率。在立磨扶正軸（zhóu）承與壓力軸承上進行突破（pò），通過設計一種雙向載荷（hé）扇形模塊機（jī）構替代大直徑軸承，方便加工（gōng）、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。 針對大、中、小型不同尺（chǐ）寸的立磨，分別設計了（le）三（sān）種立磨專用永磁電機，代替傳統的減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（bú）同的放（fàng）置位置，均能達到扶正與承壓的作用（yòng），並且方便製造（zào）、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦（kuàng）用球磨機 
