永磁直（zhí）驱球磨机、立（lì）磨机
1、技术背景 传统的（de）球磨机、立（lì）磨机大都采用三相（xiàng）异步电动机、联轴器、减速装置以（yǐ）及齿（chǐ）轮结构进（jìn）行驱（qū）动，导致球磨机的传动系统存在机械传动链冗长（zhǎng）、效率低（dī）、机构（gòu）复杂、运行维护（hù）工作量大等问题。 沈阳工业（yè）大学电机与控制技术研究所与河南日本一二三区视频在线机电设备有限公司（sī）联合设计（jì）研发的球磨机（jī）、立磨机采（cǎi）用（yòng）永磁直驱电机,通过将电（diàn）动机与机械结构（gòu）进行机（jī）电一体化设计，取消动力传（chuán）输的中间环节，做成直驱（qū）方案，能直接满足荷（hé）载的需求，省去（qù）传统磨机（jī）的减速机，显著提高了电机的效率与功率因数，具有节能、起动转矩大、过载（zǎi）能力（lì）强、系统免维护、自动化程度高等优点（diǎn）。 在控制方面,本产品电机定子采用了模块化设计，不仅降低了加工、制造、运输等难度，还相当于把一个大功率电机做成了多个（gè）小功率电机。模块化电机的（de）控制技术可以实现降低大功率电机的输入电压，但是不增加电机的输入电流，电机不必采用高等级（jí）绝缘。模块化电机采用多台小功率变频器联合供电，这样设计降低了电（diàn）机的供电电压和使用的变频器容量，从（cóng）而降低成（chéng）本。每个模块（kuài）电机都具有一（yī）套独立（lì）的控制系统，大大提升了电（diàn）机控制的自由度，球磨（mó）机运行在轻载工况时，完全可以只运（yùn）行部分模块电机驱动球磨机。 在结构方面，本产品电机的定子采用了一种自主设计研发的随动式结构，将整（zhěng）圆的定子分（fèn）成若干个相互存在（zài）间隙的小扇形块，通过机械结构设计，确定了一种无（wú）论球（qiú）磨机转筒是否震动或偏心，定子块始终跟随转筒运动从而保持定子（zǐ）与转子间隙恒定的结构。本（běn）产品通过机械（xiè）结构设计保证定子与转子间的间隙恒定，电（diàn）机不会发生扫膛现象，因此电机（jī）的气隙可以设计的比普通永（yǒng）磁直驱电机的小很多（duō），从而大幅降低电机永磁体用量，降（jiàng）低生产成本，节约稀土资源，节能用电量。当模（mó）块发生故障（zhàng）时，直接拆卸故障电机，更换新的（de）模块电机即可正常运行。使用本产品完全（quán）不会因电机发生故障而（ér）影响（xiǎng）到生产工期。 2、球磨机专用随动式永磁直驱（qū）电机概述 本产品的随动式定子结构构成一种“小车结构（gòu）”，滚筒就像（xiàng）公路，定子块就像汽车。滚轮贴合滚筒旋转相当（dāng）于汽车在公路行驶，公路的（de）起伏不影（yǐng）响车轮与地面贴（tiē）合，即滚筒偏心浮动不影（yǐng）响（xiǎng）滚轮贴合（hé）滚筒，保证定子、转子间隙恒定，在球磨机因装配误差、轴承磨损、滚筒形变、重载震（zhèn）动等原因（yīn）造成电机偏心、气隙不（bú）均匀时，仍能正常运转，保证磨机始终运行在（zài）性能状态，不必停机检修。同时电机定子与转子间的间隙也可以做的更小，减少永磁（cí）体用量，并且因为随动（dòng）式结构，电机不会发生扫膛现象。 本产品电机的定子（zǐ）为随动式（shì）结构（gòu）,基于模块化（huà）永磁直驱电机，采用独立的（de）扇形定子块结构，其随动原理是在定子块的轴向两侧安装滚轮且（qiě）滚轮贴（tiē）合滚筒（tǒng）来确定定子与转子间的间隙，定子块径向外侧设（shè）有与支撑框架相连（lián）的弹性（xìng）机构。弹性机构在球磨机滚筒不（bú）偏心时处于半（bàn）压缩状态,如果（guǒ）球磨机滚筒向上波动，转筒会向上顶定子块上安装的滚轮，进而带动（dòng）定子块向上移（yí）动，上方弹性机构继续（xù）压缩;下方定子块在受到永磁体对其向上的吸引力的同时（shí），定子块上的弹（dàn）性机构将其向上顶，保证下方定（dìng）子块的滚轮依然贴合转筒外表面，使定（dìng）子块跟随转筒（tǒng）波动而（ér）进（jìn）行径向与圆周方向的移动，从而保证定子、转子之间的间隙不变。球（qiú）磨机滚筒向下复位或继续向（xiàng）下波动，则上方定（dìng）子块在受到（dào）永磁体对其向下的吸引（yǐn）力的同时，弹性（xìng）机构将上方其向下压,下方定子块被转（zhuǎn）筒向下压。 本（běn）产品弹性装置的压力大小可调，对于不同位置的定子块设（shè）置不同的压力,避免因弹（dàn）性装置设置的压力过大（dà）造成滚轮或转筒磨损较快。 本产品将（jiāng）永磁电机采用模（mó）块化控制，根据不同功率的电（diàn）机设计采用不同个数的随动式（shì）定子块构（gòu）成一台模块电机，一台（tái）整圆电机由多台模块电机构成,多台（tái）模块电机（jī）共（gòng）用同一个转（zhuǎn）子，模块电机包绕式安装在（zài）球磨机滚筒上（shàng）。相邻随动式定子块间设有固定在支（zhī）撑框架上的挡板来对定（dìng）子块进行圆周（zhōu）方向的限（xiàn）位（wèi）。球磨机滚筒的（de）法兰处（chù）衔接T型支撑板,用于支撑安装电（diàn）机转子铁心及磁钢。 本产品的随动式定子块安装拆卸十分便捷，只需要沿（yán）球磨机（jī）的径向依次拆卸密封外（wài）壳、弹（dàn）性机构、弹性机构与定子块之间（jiān）的连接（jiē）杆（gǎn）、弹性机构支撑架，即可将定子块沿径向拉出，进行检修或更（gèng）换新的定子块。 3、采用本产品代替传统磨机的电机（jī）驱动系统（tǒng）的优点 现阶段大多数的球（qiú）磨机仍采（cǎi）用三相感（gǎn）应电动机、联轴器、减速装置以及齿轮结构进行驱动。永磁同步电机与感应电机相比优势（shì）是它有较高的效率和功率因数，损耗大大降低，节约（yuē）了能源。永磁电机通过变频（pín）器进行调速，电机运行平稳（wěn），系统响应速度快，感应电机（jī）则起动相（xiàng）对困难。这（zhè）些也是近（jìn）年来永磁电机应用（yòng）越来越广泛的原因。 采用（yòng）永磁直驱，取消了（le）中间的减（jiǎn）速机、联轴器、及齿轮的传（chuán）动环节，缩短系统的传动链，直驱系统的传动效率将（jiāng）提升至（zhì）少20%。球磨机直驱（qū）系统的传动效（xiào）率不仅得到大幅提升，而且直驱系统的故障（zhàng）率低，维护检修方（fāng）便，还避免了传统设备因漏油造成环境污染。 由于本产品电机定子采用了模块化设计，不仅降低了加（jiā）工，制造，运输等难度，还相当于把一个大功率电机做成了多个小功率（lǜ）电机。模块化电（diàn）机的控制技术可以（yǐ）实现降低大功率电机的输入（rù）电压（yā），但是不增加电机的输入电流，电机不必采用高等级（jí）绝缘，模块化电机采用多台小功率变频器联合供电。这样设计降低了（le）电机的供电电压和使用的变频器容量，从而降低成本。球磨机运行（háng）在轻载工况时,完全可以只运行部分（fèn）模块电机驱动球磨机。 传统（tǒng）电机故障（zhàng）时（shí），会导致电机合成磁（cí）动势发生畸变，谐波含量增加（jiā），平均转矩下降，转矩波动显著增加，无（wú）法继续正常运行。而（ér）本（běn）产品进行了模块化设计，每个模块电机都具有一套独立的控制系统，大大（dà）提升了电机控制的自由度,可以利（lì）用（yòng）其多电机（jī）结构和控制灵活的优势，在发生故障时。可以直接拆卸故障电机更换新的（de）模块电机即可正常运行。模块化电（diàn）机具有（yǒu）冗余的模块数，也可切（qiē）除故障子模块而控制其余正常子模块降额运行。使用本产品完全不会因电机发生（shēng）故障而影响到生产工期。 球磨机（jī）因加工误差、轴（zhóu）承磨损（sǔn）、滚筒形变（biàn）或重载产生震动等因素（sù）会发生转子（zǐ）偏心现象（xiàng），偏心严重时还会造成（chéng）电机扫膛损（sǔn）坏电机，实际生（shēng）产中常常（cháng）通过增加气隙大小来预防扫膛，而气隙增大会导致永磁体用量增加，提高电机制造成本。随（suí）动式定子结构的模块电机，能在转筒偏心时保证定子与转子之间（jiān）的间隙恒定，可将气隙做的更小，减少永磁（cí）体（tǐ）用量，电机不会发生扫膛现象，同时因（yīn）为该随动式定（dìng）子（zǐ）结构在（zài）偏心时能继续正常工作（zuò），检修次数（shù）更少，工作时间更长，大体积球磨（mó）机检修复杂，降低检修次数就是提高生产效率。 4、随动（dòng）式球磨机装配示意图 二、永磁直驱立磨技（jì）术 1、立磨直驱对（duì）比于传统感应电机的优点( 1）变频调速控制，实现负载工（gōng）况多样性 传统立磨速度单一，工况适应（yīng）能力差。遇到突发事件，调整磨鞮高度来改变系统工作环（huán）境，系统反应速度慢。永磁同步电机采用变频调速，适应（yīng）工况能力强（qiáng）。遇（yù）到突（tū）发事件，除调整磨辗高度外，还增（zēng）加了（le）速度调节以快速适应系统（tǒng）工作环境，系统反应速度（dù）更快。 (2）系统简单,可靠性高 传统系统因三相感应电机无法在（zài）低速实（shí）现大转矩输出，需要额外（wài）的盘车系统满足（zú）立磨（mó）的低速起动。为保证在电机起动过程不对电网造成过大的冲击，需增加软起动（dòng）装置。三相感应电机起动后，通过减速器满足系统转矩需要，整个系统构成复杂，系（xì）统运行的辅助设备很（hěn）多。直驱系统由变（biàn）频控制（zhì）系统控制永磁同步电机起动，转矩（jǔ）特性满足需要，无需盘车（chē）系统和减速器，辅助系统少，结构简单（dān）。 (3）变频器软起动，起动过程随意设定 传统系统先由低（dī）速盘车系统起动，待三相感应电机达到起动条件后，软起动装置起动三相感应电机，系统运行。系统控制复杂，低速无法实现过载输出。在低速过程需要盘车系统，将转速提高到三相感应电机起动条件。直驱系统直接变频低速起动，系统直接运行，系（xì）统控制简单。变频控制起动过（guò）程可根据实际工况进行调整，以满足各种工况的需求。低速可过载输出，满足起动需要，取代（dài）盘车系统。 (4）无减速器，维护成本更低,维护次数少 系统各构成单元均需要时常检查和定期（qī）维护，传统系（xì）统构成单元多。同时立磨减速器结构复杂需要经常维护，维（wéi）护成本费用高。同时系统无法实现在低速运行的情况（kuàng）下（xià）进行系统维护。直驱系统构成单元简单（dān），变频器控制永磁同步电机直（zhí）接驱动，控制方便。系统内无减速器，无需额外进（jìn）行维护，系统维护（hù）成本低。同（tóng）时，系统可实现在电机（jī）低速运行情况下进（jìn）行系统维护。 (5）传（chuán）动效率（lǜ）高,节能效果明（míng）显 综上采用直驱永磁电机取代传（chuán）统驱动系统年节电量达181万元（yuán）。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鲲磨机直驱系统的优势与球磨机直驱系统相同，这里不再一—赘述。 2、永磁直驱立磨结构示意图 本新型立磨结构采用永磁直驱电机驱动,提高了立磨效率。在立磨扶正轴承与压（yā）力轴承上进行突破，通过设计（jì）一种双向载荷扇形模块机构替代大直径轴承，方便加工、生产、运输、装配、维修，并降低成本（běn）,在工程实（shí）际中具有很强的实用（yòng）型。 针对大、中、小型不同尺寸的立磨，分别设计了三种（zhǒng）立磨专用永磁（cí）电机（jī），代替传统的减速机与（yǔ）三（sān）相（xiàng）异（yì）步电动机，永磁（cí）直驱电机具（jù）有双向载荷机构与不同的放置位（wèi）置，均能达（dá）到扶正与承压的作用（yòng），并且方（fāng）便制造、装配维护，节省成本（běn）。均已申请专 利。
永磁直驱（qū）矿用球磨机（jī） 
