CN102513191A - 一种球磨机低速大转矩永磁电机中心传动直驱系统 - Google Patents

Abstract

一种球磨机低速大转矩永磁电机中心传动直驱系统，包括两端安装有中空排料轴和进料轴的筒体，以筒体两端中空轴作为电机转轴，中空轴上安装有滚动轴承，滚动轴承固定安装在轴承底座上，电机转轴与筒体共用一套滚动轴承；中空轴一端安装有电机，直接在中空轴的表面采用切向结构固定安装永磁体组成电机转子，电机定子直接套在电机转子上，电机定子和电机转子之间留有气隙，电机定子外安装有机壳，电机定子和机壳利用下方的电机机座进行固定，机壳外安装有电机控制系统，电机控制系统采用1000V以下低压电源供电。本发明显著提高了整个传动系统的传动效率，实现了节能，降低了成本。

Description

一种球磨机低速大转矩永磁电机中心传动直驱系统

技术领域

本发明涉及一种球磨机中心传动系统，尤其设计一种球磨机中心传动直接驱动系统。

背景技术

球磨机是物料被破粹之后，再进行粉磨的关键设备，广泛用于选矿、建材、化工等需要对原材料进行粉磨加工的行业，是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一。球磨机包括水平的筒体、进出料空心轴以及磨头，筒体为长形圆筒，筒内装有研磨体，筒体为钢板制造，内壁由钢制耐磨衬板与筒体固定，研磨体一般为钢制圆球，并按不同直径和一定比例装入筒中。目前使用的球磨机大多是采用开式齿轮副的边缘传动，包括电机、平行减速机、小齿轮、大齿圈、球磨机筒体等，通过电机驱动，将驱动力传输到平行减速机输出轴的小齿轮上，再带动固定于球磨机滚筒边缘上的大齿圈，使球磨机筒体转动，筒体两端的中心轴是通过滑动轴承支撑。

这种异步电机-减速机-齿轮副的传动结构体积大、安装占地面积大、运行时噪声大，机械效率一般为0.6左右，存在耗能高、能量利用率低等问题，显然与我国现行节能减排的能源战略不符。同时，边缘传动的开式齿轮处于难以严格密封的齿轮罩，难以保持良好的润滑，暴露的齿轮副需要不断加油润滑，易污染，粉尘侵入后磨损相当剧烈，其寿命较短，且边缘传动的零件分散，供油点和检查点较大，操作、检查、维修困难。特别是在起动和运转时因要克服滑动轴承的相对较大的摩擦力，必然增大电机功率损耗。

为了解决解决上述边缘传动存在的不足，近年有多项专利均提出用中心传动取代边缘传动，如中国专利申请91212025“中心传动球磨机”采用主电机通过液力耦合器、行星齿轮减速器、中心传动轴带动筒体转动；专利96224895“中心传动圆锥球磨机”电动机通过液力耦合器、减速器、周边排料器沿轴向带动筒体；专利98204546“中心传动托辊式球磨机”筒体两端为中空端轴，分别与中空结构的进出料磨头连接，进出料磨头由托辊支撑，出料磨头通过出料器与减速机的输出轴相连接；等等。这些设计虽然都对球磨机的边缘传动系统做了不同程度相应的改进，但均不够完善，具体表现为提出的球磨机中心传动系统仍然需要液力耦合器、减速机等机械调速设备，都没能够彻底去掉减速机，实现真正意义上的直接驱动。上述专利所述球磨机中心传动系统中需要的液力耦合器造价高，减速机运行时会因齿轮啮合发出噪音，易磨损，并且减速机需要定期加润滑油，维护工作量大，最重要的是会使整个传动系统的效率大幅度降低，显然与节能减排和降低单位产品能耗不符；并且不同设备部件之间通过联轴器相连，很难保证连接的同心度，容易产生机械磨损，以至增大驱动装置的负载。

低速大转矩传动系统一般是指转速低于500 r/min，额定输出转矩大于500N.m的传动系统。这样的传动系统在许多工业传动领域中是常见的，球磨机传动系统就是典型的低速大转矩传动系统。在这些要求低速传动的系统中，目前主要采用传统的异步机－减速机的驱动模式。这种驱动模式的缺点主要体现在：第一，由于减速机齿轮等机械原因降低了系统的整体传动效率；第二，由于减速机的存在使传动系统的整体体积较大，或者说系统的传输功率密度较低；第三，以减速机和齿轮为主要调速设备的传动系统调速能力是有限的、固定的，很难根据球磨机所加工原料的不同来对筒体转速进行相应的控制和调整、适应工矿能力差。显然，传统的驱动模式己无法适应现代驱动的要求，存在着诸多理论和技术问题有待解决。

在电机及其传动系统供电、控制方面，为了减小控制电流，诸如球磨机此类大型机械装备的主驱动电机通常采用6kV以上的高压异步电机驱动，并且其主驱动电机都是按系统最大负荷选取的，而实际运行时大部分系统的平均负载率不足50%，此时感应电动机的效率和功率因数一般低于0.6。解决这种矛盾的一般方法是采用变频调速，但高压变频器性能和可靠性都远不及低压变频器，尤其是价格，相同功率的高压变频器几乎是低压的3~4倍。因此，这种电压等级即增加了制造成本，也增加了控制成本，整个传动系统存在造价高、效率低、可靠性差、对电网谐波污染等弊端。

为了克服传统的异步电机-减速机-齿轮副的球磨机传动系统存在的不足，本发明将提出了将传统的球磨机传动系统改为低速大转矩永磁电机直接驱动，同时采用1000V以下低压电源通过变频器对永磁电机进行供电。采用低速大转矩直接驱动，不但具有体积小、安装占地面积小、运行噪音小、维护频率低等特点，并且整个系统的传动效率可以明显提高；采用电机与球磨机转筒共用轴承方式，保证了机械连接的同心度，减少了机械磨损；采用1000V以下低压电源供电，不但能大幅度降低传动系统所需设备的价格，也能降低由高压电源带来的设备绝缘破坏的风险；采用变频器对电机进行供电，在电机需要调速的场合，可以根据球磨机所加工原料的不同实现对筒体转速的控制和调整，能好的适应工矿的需求；当电机额定频率是电源工频时，可以通过变频器实现变频电机的起动，待电机起动过程完成后，将电机切换到用低压电源直接供电，此时可以用变频器继续起动下一台变频电机，该做法实现了用一台变频器顺序起动多台变频电机。综上，所提出的采用1000V以下低压电源通过变频器供电的球磨机低速大转矩永磁同步电机直接驱动系统具有造价低、传动效率高的特点，能很好的适应不同工况的需求以及国家节能减排的能源战略。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服球磨机传统传动系统异步电机-减速机-齿轮副结构存在的体积大、占地面积大、易污染、寿命短、传动效率低等不足和由于采用高压电源供电所引起的设备造价高、可靠性差、对电网谐波污染等弊端，本发明提供一种球磨机，采用低速大转矩永磁电机直接驱动，并利用1000V以下低压电源通过变频器对电机进行供电，该发明显著提高了整个传动系统的传动效率，实现了节能，降低了成本。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种球磨机低速大转矩永磁电机中心传动直驱系统，包括两端安装有中空轴作为进料轴和排料轴的筒体，以筒体两端中空轴为电机转轴，筒体两端的中空轴上安装有滚动轴承，滚动轴承固定安装在轴承底座上，电机转轴与筒体共用一套滚动轴承，其特征在于：筒体两端中空轴的一端安装有电机，电机包括在中空轴的表面采用切向结构固定安装永磁体形成电机转子，电机定子直接套在电机转子上，电机定子和电机转子之间留有气隙，电机定子外安装有机壳，电机定子和机壳利用下方的电机机座进行固定，机壳外安装有电机控制系统。

所述电机为低速大转矩永磁电机。

所述的电机控制系统连接1000V以下低压电源对电机进行供电。

所述的电机控制系统在1000V以下低压电源侧接有用于起动电机的变频器。

本发明有益效果：本发明所述球磨机采用了低速大转矩永磁电机中心传动直接驱动系统，与传统球磨机所采用的开式齿轮副的边缘传动系统相比，彻底取消了边缘传动结构中存在大齿圈、小齿轮、减速机等部件，使设备体积大大减小、结构更加紧凑，具有占地面积较小、重量轻、运行噪音小、传动效率高、节能效果好等优点。

采用低速大转矩永磁电机直接驱动的球磨机传动系统，将传统的异步电机-减速机-齿轮副的复杂而庞大的驱动装置直接用一个低速大转矩永磁电机替代，有效避免了开式齿轮处于难以严格密封的齿轮罩，难以保持良好的润滑，暴露的齿轮副需要不断加油润滑，易污染，粉尘侵入后磨损相当剧烈，其寿命较短，且边缘传动的零件分散，供油点和检查点较大，操作、检查、维修困难等缺点；利用永磁电同步机本身具有的在25％～120％额定负载范围内均可保持较高的效率和功率因数的特点，有效改善了球磨机采用异步电机在轻载运行状态是效率和功率因数低的缺点，使轻载运行更加节能。

另外，采用电机转轴与球磨机筒体共用一套轴承的方式，保证了机械连接的同心度，减少了磨损；采用1000V以下低压电源通过变频器进行供电，一方面可以克服由于采用高压电源所引起的设备造价高、效率低、可靠性差、对电网谐波污染等弊端；另一方面能够克服以减速机和齿轮为主要调速设备的传动系统调速能力有限、固定的不足，可以根据球磨机所加工原料的不同来对筒体转速进行相应的控制和调整、适应工矿能力强，并且当电机额定频率是电源工频时，可以通过变频器实现变频电机的起动，待电机起动过程完成后，将电机切换到用低压电源直接供电，此时可以用变频器继续起动下一台变频电机，该做法实现了用一台变频器顺序起动多台变频电机。

综上所述，本发明所述球磨机采用1000V以下低压电源通过变频器供电的低速大转矩永磁电机直接驱动传动系统具有体积小、安装面积小、运行噪音小、设备造价低、可靠性高等特点，可广泛应用于球磨机传动系统中，有效的提高了球磨机的实用寿命和传动效率，降低了能量损耗，实现了节能。

附图说明：

图1为本发明球磨机低速大转矩永磁电机直驱系统主视结构示意图；

图2为图1的A-A向剖视图；

图3为电机控制系统供电示意图；

附图标记说明：

1.进料轴、2.滚动轴承、3.轴承底座、4.筒体、5.电机底座、6.低速大转矩永磁电机、7.电机定子、8.电机转子、9.排料轴、10.电机转轴，11.电机控制系统，12.变频器。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明。

图1为本发明球磨机低速大转矩永磁电机直驱系统主视结构示意图，如图所示，球磨机低速大转矩永磁电机中心传动直驱系统主要包括轴承底座3、电机底座5、筒体4、滚动轴承2、电机控制系统11和用于驱动筒体4转动的电机，筒体4安装在电机转轴10上，筒体4两端安装有滚动轴承2，电机转轴10与筒体4共用一套滚动轴承2，滚动轴承2固定安装在轴承底座3上。筒体4两端安装有中空轴作为进料轴1和排料轴9，进料轴1或排料轴9的中空轴上安装有电机，用中心传动方式，直接利用中空轴作为电机转轴10。电机选用低速大转矩永磁电机6，在中空轴的表面采用切向结构固定安装永磁体组成电机转子8，电机定子7直接套在电机转子8上，电机定子7和电机转子8之间留有气隙，电机定子7外安装有机壳，如图2所示。电机定子7和机壳利用下方的电机机座5进行固定，机壳外安装有电机控制系统11，电机控制系统供电示意图如图3所示，电机控制系统11在1000V以下低压电源侧接有一台变频器12，通过变频器12实现变频电机的起动，电机起动过程完成后，将电机切换到用低压电源直接供电，此时可以用变频器12继续起动下一台变频电机，该做法实现了用一台变频器顺序起动多台变频电机。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征，以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种球磨机低速大转矩永磁电机中心传动直驱系统，包括两端安装有中空轴作为进料轴（1）和排料轴（9）的筒体（4），以筒体（4）两端中空轴为电机转轴（10），筒体（4）两端的中空轴上安装有滚动轴承（2），滚动轴承（2）固定安装在轴承底座（3）上，电机转轴（10）与筒体（4）共用一套滚动轴承（2），其特征在于：筒体（4）两端中空轴的一端安装有电机，电机包括在中空轴的表面采用切向结构固定安装永磁体形成电机转子（8），电机定子（7）直接套在电机转子（8）上，电机定子（7）和电机转子（8）之间留有气隙，电机定子（7）外安装有机壳，电机定子（7）和机壳利用下方的电机机座（5）进行固定，机壳外安装有电机控制系统（11）。

2.根据权利要求1所述一种球磨机低速大转矩永磁电机中心传动直驱系统，其特征在于：所述电机为低速大转矩永磁电机（6）。

3.根据权利要求1所述一种球磨机低速大转矩永磁电机中心传动直驱系统，其特征在于：所述的电机控制系统（11）连接1000V以下低压电源对电机进行供电。

4.根据权利要求3所述一种球磨机低速大转矩永磁电机中心传动直驱系统，其特征在于：所述的电机控制系统（11）在1000V以下低压电源侧接有用于起动电机的变频器（12）。

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