永磁(cí)直驅球磨機、立磨機
                              1、技術背景  傳統的球磨機、立磨機大都采用三(sān)相異步電動機、聯軸器、減速(sù)裝置以及齒輪結構進行(háng)驅動,導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問(wèn)題。  沈陽工業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公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機(jī),通過將電動機與(yǔ)機械結構進行(háng)機電一體(tǐ)化設計,取消動力傳輸(shū)的中間環節,做成直驅方案,能直接滿足荷(hé)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、過載能力強、係統免維護、自動化(huà)程度高等(děng)優點。  在(zài)控製(zhì)方麵,本產品電(diàn)機定子采(cǎi)用了模塊化設計(jì),不僅降低了加工、製造、運輸等難度,還(hái)相當於把(bǎ)一個大(dà)功率電機做成了多個小功率電機。模塊(kuài)化電機的控(kòng)製技(jì)術可以實(shí)現降低大功率電機的(de)輸入電壓,但是不增加電機的輸入電流,電機不(bú)必采(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,這樣設計降低了電機的供電電壓(yā)和使用的變頻器容(róng)量,從而降低成本(běn)。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(jī)控製的自由度,球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分(fèn)模(mó)塊電機(jī)驅動(dòng)球(qiú)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(fā)的隨動式結構,將整圓的定子分成若幹個相互存(cún)在間隙的小扇形塊,通過機械(xiè)結構(gòu)設計,確定了一種無論球磨機轉筒是否(fǒu)震動或偏心,定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品(pǐn)通過(guò)機械結構設計保證定子與轉子間的間(jiān)隙恒(héng)定,電機不會發生掃(sǎo)膛現象,因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直(zhí)驅電機(jī)的小很多,從而大幅降低(dī)電機永(yǒng)磁體用量,降低生產成本(běn),節約(yuē)稀土資源,節能用電量。當模塊發生故障時,直(zhí)接拆卸故障電(diàn)機,更換新的模塊電機(jī)即(jí)可正(zhèng)常運行。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。  2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述  本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”,滾筒就像公路,定子(zǐ)塊就(jiù)像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽(qì)車在公路行駛,公路的起伏不影響車輪與地麵貼合,即滾筒(tǒng)偏心浮動不影響滾輪貼(tiē)合滾(gǔn)筒,保證定子、轉子間隙恒定,在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震(zhèn)動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時,仍能正常運轉,保證磨機(jī)始終運行在性能(néng)狀態,不必停機檢修。同時電機定(dìng)子與(yǔ)轉子間的間隙也可以做的更小,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(pǐn)電(diàn)機的定子為隨動式結(jié)構(gòu),基於模塊化永磁直驅電機,采用獨立的扇形定子(zǐ)塊結構,其隨動原理是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(cè)設有與支撐框架相連的(de)彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮(suō)狀態,如果球磨機滾筒向(xiàng)上波動,轉筒(tǒng)會向上頂定(dìng)子塊上安裝的滾(gǔn)輪,進而帶動(dòng)定子塊向上移動,上方彈性(xìng)機構繼續壓縮;下方定(dìng)子塊在受到永磁體(tǐ)對其向上的吸引力的同時(shí),定子塊上的彈(dàn)性(xìng)機構將其向上頂,保證下方定子塊的滾(gǔn)輪依然貼合轉筒外表麵(miàn),使定子(zǐ)塊跟隨轉筒波動而進行徑(jìng)向與圓周方向的移動,從而保證定子、轉子之(zhī)間的間隙不變。球(qiú)磨(mó)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,彈性機構將上方其向下壓,下(xià)方定子塊被轉筒向(xiàng)下壓(yā)。  本產品彈性裝置的壓力大小可調(diào),對於不同位置的定子塊設置不(bú)同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓(yā)力(lì)過大(dà)造成滾輪或轉筒磨損較(jiào)快。  本產品將永磁電(diàn)機采(cǎi)用模塊化控(kòng)製,根據不(bú)同功率的電機設計采用不同個數的隨(suí)動式定子塊構(gòu)成一台模塊電機,一台整圓電機(jī)由多台模塊(kuài)電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子,模塊電機包(bāo)繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的(de)法蘭處(chù)銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁(cí)鋼。  本產品的隨動式定子塊安裝(zhuāng)拆卸十分(fèn)便(biàn)捷,隻需要沿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間的連接杆、彈(dàn)性機構(gòu)支撐架(jià),即可將定子塊沿徑向拉出,進行檢修或更換新的定子塊(kuài)。  3、采用(yòng)本產(chǎn)品(pǐn)代替傳統磨(mó)機的電機驅動係統的優點  現階段大多數的球磨機仍采(cǎi)用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進(jìn)行驅動。永磁同步電機與(yǔ)感(gǎn)應電機相比(bǐ)優勢(shì)是它有較高的效率和功率因數,損耗大(dà)大降低,節約了能源(yuán)。永磁電機通過變頻器(qì)進行調速,電機運行平穩,係(xì)統響應速度快,感應(yīng)電(diàn)機則起(qǐ)動相對困難。這些也是(shì)近年來永磁電機應用越來越廣泛的(de)原因。  采用永(yǒng)磁直(zhí)驅,取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節,縮短係統的傳動鏈,直驅係統的傳動(dòng)效率(lǜ)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,而且直驅係統(tǒng)的故障率低,維護檢修方便,還避免了傳(chuán)統(tǒng)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(kuài)化設計,不僅降低了加工,製造(zào),運輸等難度,還相當於把一個大功率(lǜ)電機(jī)做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機(jī)的輸入電壓(yā),但是不增加電機的輸入電流,電機不必采用高等級絕緣,模塊化電機采用多台小(xiǎo)功率(lǜ)變頻器聯合供電。這樣設計降(jiàng)低了電機的供(gòng)電電壓和使用的變頻器容量,從而降低成本。球磨機運(yùn)行在輕(qīng)載工況時(shí),完全可以隻運行部(bù)分模塊電機驅動球磨機。  傳統電(diàn)機故障時(shí),會(huì)導致電機合成磁動(dòng)勢發生(shēng)畸變,諧(xié)波含量增加(jiā),平(píng)均轉矩下降,轉矩波動顯(xiǎn)著增加,無法繼續正常運行(háng)。而本產品進行了模塊化設計,每個模塊電機都具有一套(tào)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(jī)結構和控(kòng)製靈活的(de)優勢(shì),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常運行。模塊化(huà)電機具有冗(rǒng)餘的模塊數,也可切除故(gù)障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使(shǐ)用本產品完全不會因電機發生故障(zhàng)而影響到生產工期。  球磨(mó)機(jī)因加工誤差、軸承磨損(sǔn)、滾筒(tǒng)形(xíng)變或重載(zǎi)產生震動等因素會發生轉子偏心現象,偏心嚴重時(shí)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(diàn)機製造(zào)成(chéng)本。隨動式定子結構的(de)模塊電機,能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙(xì)恒定(dìng),可將氣隙做的更小,減(jiǎn)少永磁體(tǐ)用量,電機不會發生掃膛現象,同時因為該隨動(dòng)式定子結構在偏心時能繼續正常(cháng)工作,檢修次數更少,工作(zuò)時間更長,大體積球磨機檢修複雜,降低檢修次數就是提高生產(chǎn)效率。  4、隨(suí)動式(shì)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(gǎn)應電機的優點( 1)變頻調(diào)速控製,實現負載工況多樣性  傳統立磨速度單(dān)一,工況適應能力差。遇到突發事件,調(diào)整磨鞮高度來改變係統(tǒng)工作環境,係統反應速度(dù)慢。永磁同步電機采用變頻調速,適應工況能(néng)力強。遇到突發事件,除調整磨輾高度外,還增(zēng)加了速度調節以快速適應係統工作環境(jìng),係統反應速度更快。  (2)係統簡(jiǎn)單,可靠性高(gāo)  傳統係統(tǒng)因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出,需要額外的盤車(chē)係統(tǒng)滿足立磨的低速起動(dòng)。為保證在電機起動過程不對電(diàn)網造成過大的衝擊,需增加軟起(qǐ)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(de)輔助設備很多(duō)。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動,轉(zhuǎn)矩特性滿足需要(yào),無需盤(pán)車係統和減(jiǎn)速器,輔助係統少,結構簡單。  (3)變頻器軟(ruǎn)起動,起動過程隨意設定  傳統係統(tǒng)先由低速盤(pán)車(chē)係統起動,待(dài)三相感(gǎn)應(yīng)電(diàn)機達到起動條件(jiàn)後(hòu),軟起動(dòng)裝置起動三相感(gǎn)應電(diàn)機,係統運行。係統控(kòng)製複雜,低速無法實現過載輸出。在低速(sù)過程需要盤車(chē)係統,將轉速提高到三相感應(yīng)電機起動(dòng)條件。直驅係統直接變頻低速起動,係統直接運行,係統(tǒng)控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整,以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出,滿足起動需要,取代盤車係統。  (4)無減速(sù)器,維護(hù)成本更低,維護次數(shù)少  係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護(hù),傳統係(xì)統構成單元多。同時立磨減(jiǎn)速(sù)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(shí)現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單(dān),變頻器控製永磁同步(bù)電機(jī)直接驅動,控製方便。係統內無減速器,無需額外進行維護,係統維護成本低。同時,係統可實現在電機(jī)低速(sù)運行情(qíng)況下進行係統(tǒng)維護。  (5)傳動效率高,節能效果明顯(xiǎn)  綜上采用(yòng)直驅永磁電機取(qǔ)代傳統驅動係統年節電量達181萬元(yuán)。(按照5000h,0.6元(yuán)/kWh)立式鯤磨機直驅係統(tǒng)的優勢與球磨機直驅係統相同(tóng),這裏不再一—贅述。  2、永磁(cí)直(zhí)驅立磨結構(gòu)示意圖  本新(xīn)型立磨(mó)結構采用(yòng)永磁直驅(qū)電機驅動,提高了立磨效(xiào)率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破(pò),通過設計一種雙(shuāng)向載荷(hé)扇(shàn)形模塊機構(gòu)替代大直徑軸承,方便加工、生產、運輸、裝配、維修,並降低成本,在工程實際中具有很(hěn)強的實用型。  針對大、中、小(xiǎo)型不同尺寸的立磨,分別設計(jì)了三種立磨(mó)專用永磁電機,代替傳統的(de)減速機與三相異步電動機,永磁直(zhí)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(chéng)壓的作用,並(bìng)且方便製造、裝配維護,節省(shěng)成本。均已申(shēn)請專 利。