重型碾磨的制造方法
【專利摘要】在重型碾磨機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置中使用了這樣一種電動(dòng)電機(jī)，其具有數(shù)量多的磁極以及被分成至少四個(gè)定子段的定子。通過(guò)為一個(gè)、多個(gè)或全部定子段配備三相繞組系統(tǒng)，提供一種具有高功率密度的、而且因此降低了空間需求的高度模塊化碾磨機(jī)。
【專利說(shuō)明】重型碾磨機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于重型碾磨機(jī)(heavy duty mill)的驅(qū)動(dòng)裝置，其包括具有轉(zhuǎn)子和定子的電動(dòng)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]用于粉碎研磨物料，例如礦石、煤、水泥或類似物，的重型碾磨機(jī)通常被設(shè)計(jì)成碗式碾磨機(jī)(bowl mill)，其具有垂直軸且功率介于幾百kw (千瓦)至幾MW (兆瓦)。這樣的碗狀碾磨機(jī)典型地包括水平布置的碗部和一定數(shù)量的輥?zhàn)?，碗部用于保持被研磨的物料，其中碗部和輥?zhàn)酉鄬?duì)于彼此轉(zhuǎn)動(dòng)從而碾碎物料。通常，輥?zhàn)邮枪潭ǖ模氩繃@豎直碾磨機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣的碾磨機(jī)典型地包括具有電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)元件。通常，在電機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)元件之間布置有齒輪傳動(dòng)，以便根據(jù)被研磨的物料等因素將驅(qū)動(dòng)速度降低至期望值。
[0003]這樣的驅(qū)動(dòng)器典型地被設(shè)計(jì)成用于給定功率范圍。因此，必須為不同的應(yīng)用或?yàn)樾枰煌敵龉β实牟煌锪显O(shè)計(jì)不同的驅(qū)動(dòng)器，該應(yīng)用例如為使用更小型的或更大型碾磨機(jī)的應(yīng)用。
[0004]文件W02008/049545A1 (Gebr.Pfeiffer AG)揭示了另一種方案，用于為在可達(dá) 10兆瓦的高功率范圍內(nèi)工作的輥?zhàn)幽肽C(jī)提供可擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。為了保證碾磨機(jī)的連續(xù)可用性，建議提供至少三個(gè)驅(qū)動(dòng)器，其中兩個(gè)能夠達(dá)到碾磨機(jī)完全研磨能力。但是，如果所要求的研磨功率低于碾磨 機(jī)的最大研磨功率，則其還能夠?qū)⒁粋€(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉或去耦合。每一個(gè)驅(qū)動(dòng)器都由上游的頻率變換器饋給電能，并包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速齒輪。在一個(gè)示例中，這些電機(jī)裝配成具有水平軸和錐齒輪，以將其連接至被安裝在碾磨機(jī)上的冕狀齒輪。在另一個(gè)示例中，這些電機(jī)裝配成具有垂直軸，其位于分布在碾磨機(jī)周?chē)目涨恢胁⒕哂姓X輪來(lái)驅(qū)動(dòng)該碾磨機(jī)。
[0005]這些驅(qū)動(dòng)器需要大型電機(jī)和齒輪，這導(dǎo)致其對(duì)空間的需求非常高。
[0006]重型碾磨機(jī)的另一個(gè)問(wèn)題是由于研磨處理引起的扭矩變化。這樣的扭矩變化可導(dǎo)致不期望的諧振，并且隨之在驅(qū)動(dòng)路徑中產(chǎn)生不期望的負(fù)載或負(fù)載峰值。它們最終可導(dǎo)致功能性降低、功率損耗更高，或甚至損壞碾磨機(jī)或驅(qū)動(dòng)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]據(jù)此，本發(fā)明的主要目的是提供一種用于前面所提及的【技術(shù)領(lǐng)域】的重型碾磨機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，其避免以上的問(wèn)題，并能夠提供一種節(jié)省空間的碾磨機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其可被用在許多不同的應(yīng)用中。本發(fā)明的進(jìn)一步的主要目的是提供一種具有這樣的驅(qū)動(dòng)裝置的重型碾磨機(jī)。
[0008]本發(fā)明針對(duì)首先提及的主要目的方案，通過(guò)權(quán)利要求1中的特征進(jìn)行說(shuō)明。用于重型碾磨機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置包括具有轉(zhuǎn)子和定子的電動(dòng)電機(jī)。這樣的重型碾磨機(jī)被用于粉碎研磨物料，諸如礦石、煤、水泥等。依據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)子的磁極的個(gè)數(shù)為至少8個(gè)，且定子被分成至少4個(gè)定子段，其中每一個(gè)定子段具有至少兩個(gè)繞組區(qū)，并且其中在至少一個(gè)定子段的每一個(gè)繞組區(qū)中設(shè)置有繞組。
[0009]據(jù)此，通過(guò)將數(shù)量可變的定子段的繞組區(qū)裝配上繞組，電機(jī)可提供高度可變的輸出功率，使得同一個(gè)電機(jī)可被用在不同的應(yīng)用中，只要改變配備繞組的定子段的數(shù)量即可。
[0010]通過(guò)使每一個(gè)定子段上的每一個(gè)繞組區(qū)都配備有繞組，可使得電機(jī)提供其全功率。如果僅有一部分定子段上的繞組區(qū)保持有繞組，則該電機(jī)可供給的功率降低，但該電機(jī)仍起作用。如果定子例如恰好包括四個(gè)定子段，并且所有定子段上的每一個(gè)繞組區(qū)都配備有繞組，則該電機(jī)可提供僅在一個(gè)定子段的繞組區(qū)配備有繞組的相同電機(jī)的四倍輸出功率。
[0011]由于電動(dòng)電機(jī)的功率密度隨磁極數(shù)上升，依據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置的電機(jī)的功率密度較高，這意味著該電機(jī)可構(gòu)造成對(duì)空間的需求相對(duì)較低。
[0012]該電機(jī)優(yōu)選地為同步電機(jī)。這樣的電機(jī)需要可由例如激勵(lì)繞組提供的激勵(lì)場(chǎng)。但是，優(yōu)選提供具有永久磁體的轉(zhuǎn)子，其在操作過(guò)程中不需要任何激勵(lì)功率。
[0013]為了進(jìn)一步提高功率密度，因此有利地提供具有的磁極的個(gè)數(shù)在8個(gè)以上，例如
10、12、14，…，24，26，28或甚至更多的轉(zhuǎn)子。因此定子優(yōu)選地包括數(shù)量相當(dāng)于轉(zhuǎn)子磁極數(shù)量的一半的定子段。但是該電機(jī)的直徑和制造成本將隨著磁極數(shù)量的增加而提高?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中可實(shí)現(xiàn)一種很好的折衷辦法，其中，轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)量為20個(gè)，并且此處定子恰好包括10個(gè)定子段。
[0014]繞組區(qū)的數(shù)量可變，且隨之單個(gè)定子段的繞組數(shù)量可變。通常由至少兩個(gè)相移電壓可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。因此單個(gè)定子段的繞組的數(shù)量為兩個(gè)或多于兩個(gè)的任意數(shù)量。由于三相供電系統(tǒng)的廣泛使用，每一個(gè)定子段優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)為三相系統(tǒng)，其包括恰好三個(gè)用于保持繞組的繞組區(qū)。操作中，對(duì)這三個(gè)繞組饋入三個(gè)AC電壓，其中每一個(gè)AC電壓相對(duì)于彼此相移正或負(fù)120度。采用每個(gè)定子段三個(gè)繞組，以上提及的具有10個(gè)定子段的優(yōu)選實(shí)施例導(dǎo)致30個(gè)繞組區(qū)和20個(gè)磁極。
[0015]以上所提及的定子的繞組區(qū)通常被稱為齒，這是因?yàn)榫哂羞@樣的繞組區(qū)的定子看起來(lái)與帶齒的齒輪相似。因此，這些繞組被稱為單齒繞組，并且每定子段有3個(gè)齒，具有10個(gè)定子段，電機(jī)包括30個(gè)單齒繞組和20個(gè)磁極。
[0016]為了避免在三個(gè)繞組之間功率分配不平衡，可將定子段的三個(gè)繞組進(jìn)行三角連接，優(yōu)選地可將它們進(jìn)行星形連接。
[0017]電機(jī)一般包括電機(jī)外殼，電機(jī)置于其內(nèi)，而為電機(jī)供電的電源通常設(shè)置在外殼外。因此，從電源到電機(jī)繞組的連接必須穿過(guò)該電機(jī)外殼。
[0018]星形連接的繞組連接存在不同的可能性。例如，可將定子段的三個(gè)繞組連接起來(lái)，使星點(diǎn)位于電機(jī)外殼內(nèi)。于是每個(gè)繞組的剩余端部必須穿過(guò)開(kāi)口被引至電機(jī)外殼外，以將它們連接至電源。但是，將這些繞組端部引出穿過(guò)外殼上的不同的開(kāi)口將在每個(gè)開(kāi)口附近導(dǎo)致渦電流。為了使這些功率損失最小化，這些繞組的所有三個(gè)端部必須穿過(guò)同一個(gè)開(kāi)口被引出外殼外。由于在外殼內(nèi)沒(méi)有剩余空間將所有三個(gè)繞組端部引至共用的小開(kāi)口，必須提供較大的開(kāi)口，例如跨越定子段的全部三個(gè)繞組的細(xì)長(zhǎng)縫隙。
[0019]為了避免在電機(jī)外殼上打開(kāi)這種較大的開(kāi)口，而將定子段的繞組優(yōu)選地進(jìn)行星形連接，使星點(diǎn)被置于電機(jī)外殼外。為了這個(gè)目的，每個(gè)繞組的兩個(gè)端部都必須被引出電機(jī)外殼外，為了使電機(jī)外殼內(nèi)的損耗最小化，每個(gè)繞組的兩個(gè)端部都優(yōu)選地通過(guò)同一個(gè)開(kāi)口且直接并排地被弓I出殼體外。在電機(jī)外殼外，每個(gè)繞組的一端被連接至星點(diǎn)，且每個(gè)繞組的另一端被連接至電源。
[0020]為了確定在電動(dòng)電機(jī)操作過(guò)程中轉(zhuǎn)子和定子之間的當(dāng)前角度，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中電機(jī)包括用于確定轉(zhuǎn)子的角位置的測(cè)量單元。這樣的測(cè)量單元包括例如絕對(duì)的或增量的旋轉(zhuǎn)編碼器、旋轉(zhuǎn)變量差動(dòng)變壓器，或其它的已知裝置。
[0021]由于必須快速而精確地控制電機(jī)，電動(dòng)電機(jī)優(yōu)選地包括解析器(resolver)，用于確定轉(zhuǎn)子的角位置。為了實(shí)現(xiàn)冗余，電機(jī)包括至少兩個(gè)，優(yōu)選恰好為兩個(gè)冗余布置的解析器，這意味著這些解析器是彼此電氣獨(dú)立的。據(jù)此，如果一個(gè)解析器的電源故障，至少另一個(gè)解析器能夠繼續(xù)正常工作。
[0022]通?？蓪㈦妱?dòng)電機(jī)直接連接至多相供電網(wǎng)絡(luò)或變壓器。但是這將導(dǎo)致恒定轉(zhuǎn)速或多或少的不穩(wěn)定電機(jī)，這取決于網(wǎng)絡(luò)頻率和其它參數(shù)，諸如磁極數(shù)量。而且，電機(jī)的輸出扭矩可能將不受控制，或者至少不夠快速和準(zhǔn)確地受控，或僅在小范圍之內(nèi)受控。
[0023]為了獲得高度可控的電機(jī)，該驅(qū)動(dòng)器裝置優(yōu)選地包括至少一個(gè)頻率變換器，用于饋給定子繞組。頻率變換器被饋給一定頻率和振幅的AC電流，并由此生成具有可控頻率和振幅的AC電流。正如廣為人知的那樣，這是通過(guò)PWM (脈沖寬度調(diào)制)控制器實(shí)現(xiàn)的。
[0024]為了獲得所需的電機(jī)功率，將頻率變換器優(yōu)選地連接至最多兩個(gè)定子段的繞組。因此，如果定子配備了兩個(gè)以上的定子段，則驅(qū)動(dòng)器裝置包括至少第二頻率變換器。
[0025]為了提高電機(jī)的可控性，其為一種快速和準(zhǔn)確的控制，該頻率變換器的開(kāi)關(guān)頻率必須很高。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，使用了具有IkHz以上的開(kāi)關(guān)頻率的頻率變換器。在本發(fā)明的特定優(yōu)選的實(shí)施例中，頻率變換器的開(kāi)關(guān)頻率為約4kHz，以便可實(shí)現(xiàn)非?？焖俚碾姍C(jī)控制。
[0026]由于用于驅(qū)動(dòng)重型碾磨機(jī)的頻率變換器典型地工作在從3kV至30kV范圍內(nèi)的中壓(medium voltage)下，因此具有優(yōu)勢(shì)且優(yōu)選的是其以較低的電壓來(lái)運(yùn)行頻率變換器，該較低電壓為低于2kV的輸入電壓。為了進(jìn)一步減小開(kāi)關(guān)損失和溫度問(wèn)題，輸入電壓優(yōu)選地低于lkV。該輸入電壓例如在600V至800V的范圍內(nèi)。
[0027]頻率變換器的輸出為優(yōu)選具有從OHz至約300Hz的頻率和在OV與輸入電壓之間的振幅的三相AC電壓。輸出電壓的最大頻率為約200Hz甚至是更優(yōu)選的。當(dāng)連接至定子繞組時(shí)，生成了旋轉(zhuǎn)場(chǎng)，其具有變換器輸出電壓的頻率。隨著磁極的數(shù)量較高，電機(jī)中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的較高頻率提高了電機(jī)的功率密度，這導(dǎo)致更加降低了對(duì)材料的要求，并因此降低了空間要求。
[0028]以上所說(shuō)明的電機(jī)構(gòu)想產(chǎn)生了具有高阻抗的電機(jī)。電機(jī)中的高阻抗以及旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的高頻率的影響在于，如果在頻率變換器的輸出級(jí)或者在從變換器到電機(jī)的電纜中發(fā)生短路，電機(jī)繞組并不會(huì)燒掉。而在變換器輸出級(jí)和電機(jī)之間通常設(shè)置有供電開(kāi)關(guān)，以防止這樣的電機(jī)損害，但在此并不需要使用這些開(kāi)關(guān)。因此在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)頻率變換器的輸出級(jí)以直接的、無(wú)開(kāi)關(guān)電連接的方式連接至電動(dòng)電機(jī)。這樣做不僅降低了成本，而且能夠再一次降低驅(qū)動(dòng)器所需的空間。
[0029]正如以上已經(jīng)提及的，使用頻率變換器，能夠控制其輸出電壓的振幅和頻率，并且電機(jī)扭矩主要取決于施加到其繞組上的電壓。因此能夠通過(guò)改變頻率變換器的輸出電壓來(lái)控制電機(jī)扭矩。為控制其輸出電壓，每一個(gè)頻率變換器都包括控制器(典型地為以上所提及的PWM控制器)。
[0030]為了能夠進(jìn)行良好的電機(jī)扭矩調(diào)節(jié)，需要向頻率變換器提供關(guān)于當(dāng)前扭矩需求的測(cè)量數(shù)據(jù)。提供該數(shù)據(jù)存在不同可能性，例如在電機(jī)軸上設(shè)置扭矩傳感器，或其它適宜的器件。但優(yōu)選地，電動(dòng)電機(jī)包括至少一個(gè)電流測(cè)量裝置，用于測(cè)量至少一個(gè)電機(jī)繞組中的電流，在此所測(cè)量的電流值被反饋給頻率變換器的控制器。
[0031]由于頻率變換器的開(kāi)關(guān)頻率較高，為4kHz，其可能實(shí)現(xiàn)極短的扭矩調(diào)整響應(yīng)時(shí)間。將電流調(diào)整至所需電機(jī)輸出扭矩，從檢測(cè)到實(shí)現(xiàn)可在150ms以內(nèi)完成。
[0032]在依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)裝置中，每一個(gè)頻率變換器與地完全DC絕緣，使得電流不能通過(guò)電機(jī)軸承回流至頻率變換器。這避免了對(duì)軸承的損壞。這是通過(guò)頻率變換器良好的絕緣并且是因?yàn)樗鼈児ぷ髟谳^低電壓的事實(shí)而實(shí)現(xiàn)。
[0033]取決于供電網(wǎng)絡(luò)的電壓和頻率，基本上可將頻率變換器直接連接至供電網(wǎng)絡(luò)。
[0034]但是，由于頻率變換器以低輸入電壓運(yùn)行，并且由于能夠提供IOMW范圍內(nèi)的功率的供電網(wǎng)絡(luò)一般是中壓網(wǎng)絡(luò)，所以依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)器裝置包括至少一個(gè)變壓器單元，以將網(wǎng)絡(luò)的中壓轉(zhuǎn)換成低電壓，作為頻率變換器輸入。
[0035]取決于所使用的頻率變換器的輸出功率，可將一個(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)頻率變換器連接至單個(gè)變壓器單元。為了獲得冗余，優(yōu)選地僅一個(gè)或兩個(gè)頻率變換器連接到單個(gè)變壓器單元。如果需要更多的輸出功率，且因此需要多于兩個(gè)的頻率變換器，則提供更多的變壓器單元。
[0036]盡管可將頻率變換器直接連接至變壓器單元的輸出，但將它們經(jīng)由電感，即所謂扼流圈(Chock)，連接至變壓器單元更佳。這起到降低系統(tǒng)擾動(dòng)以及高次諧波的作用。
[0037]為了進(jìn)一步降低系統(tǒng)擾動(dòng)以及較高的諧波，變壓器單元優(yōu)選地為至少12脈沖變壓器單元。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，12脈沖變壓器單元包括兩個(gè)6脈沖相移單變壓器，而不是提供單個(gè)的12脈沖變壓器。18脈沖變壓器單元是例如通過(guò)提供三個(gè)6脈沖相移單變壓器獲得的，而24脈沖變壓器單元是例如通過(guò)提供四個(gè)6脈沖相移單變壓器獲得的。
[0038]在本發(fā)明更為優(yōu)選的實(shí)施例中，變壓器單元為30脈沖變壓器單元，其包括五個(gè)被相移12°的相移6脈沖單變壓器。
[0039]若干IOOkW至10麗的電源級(jí)別的驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生了大量熱量。為了冷卻電機(jī)，可采用任意的已知的冷卻方法。這樣的冷卻方法包括例如空氣或液體冷卻電機(jī)外殼。此外,在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)子上安裝有通風(fēng)設(shè)備，用于在電機(jī)外殼內(nèi)產(chǎn)生空氣流通。尤其使空氣從轉(zhuǎn)子與定子之間的空氣隙和定子與電機(jī)外殼之間的空間流通。優(yōu)選地，在轉(zhuǎn)子上側(cè)與轉(zhuǎn)子軸同軸地安裝扇風(fēng)機(jī)風(fēng)輪，使得該扇風(fēng)機(jī)風(fēng)輪與轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)從轉(zhuǎn)子的永磁體和定子繞組之間的空氣隙抽吸熱空氣而產(chǎn)生向上的空氣流。由于電機(jī)外殼基本上是封閉的，通過(guò)將熱空氣擠壓穿過(guò)定子與電機(jī)外殼之間的空間，熱空氣被迫返回殼體底部。
[0040]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明其它主要目的的方案由權(quán)利要求13中的特征指出。以上所說(shuō)明的驅(qū)動(dòng)裝置被設(shè)計(jì)成用于驅(qū)動(dòng)粉碎諸如礦石、煤、水泥等研磨物料的重型碾磨機(jī)，諸如碗式碾磨機(jī)(也稱為輥?zhàn)踊蜉伿侥肽C(jī))。依據(jù)本發(fā)明，該碗式碾磨機(jī)包括如前面所述的驅(qū)動(dòng)裝置。
[0041]如上提及的，由于磁極數(shù)量多且旋轉(zhuǎn)場(chǎng)頻率高，電動(dòng)電機(jī)的特征在于具有高功率密度，其能夠提供直徑相對(duì)小并且因此對(duì)空間要求低的緊湊型電機(jī)。而且，整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置高度模塊化，這意味著其能夠非常易于調(diào)整成適合給定的應(yīng)用，諸如給定碾磨機(jī)大小或輸出功率的應(yīng)用。尤其是，通過(guò)設(shè)置期望數(shù)量的帶繞組的定子段、通過(guò)提供相應(yīng)數(shù)量的頻率變換器來(lái)提供所需輸入功率，以及通過(guò)提供所需數(shù)量的變壓器單元來(lái)提供所需的電源，可僅利用一個(gè)單電機(jī)使得電機(jī)的合成輸出功率能在廣泛的范圍內(nèi)可變。
[0042]在優(yōu)選實(shí)施例中，碗式碾磨機(jī)因此包括恰好一個(gè)如前文所說(shuō)明的驅(qū)動(dòng)器裝置。與以上提及的文件W02008/049545A1不同，可通過(guò)對(duì)電機(jī)進(jìn)行特定的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)該驅(qū)動(dòng)裝置的模塊性。
[0043]此外，電機(jī)的長(zhǎng)度也可改變。電機(jī)的長(zhǎng)度主要取決于定子段的齒帶有的繞組的長(zhǎng)度。通過(guò)提供例如兩個(gè)不同種類的定子段，例如第一類為特定長(zhǎng)度而第二類為第一類長(zhǎng)度的兩倍(并據(jù)此調(diào)整電機(jī)其它部件的長(zhǎng)度)，這可以提供一種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用于都具有相同電機(jī)直徑的功率范圍極寬的重型碾磨機(jī)。
[0044]由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的空間要求很低，可將該機(jī)電布置在碾磨機(jī)下方。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，碗式碾磨機(jī)因此為具有(基本上)豎直的碾磨機(jī)軸的立式碗，并且在這種情況下碗式碾磨機(jī)的軸和該驅(qū)動(dòng)裝置的電動(dòng)電機(jī)的軸平行設(shè)置。
[0045]為了降低將電機(jī)連接至碾磨機(jī)的影響，它們的軸優(yōu)選地設(shè)置成同軸。通過(guò)將碾磨機(jī)和電機(jī)平行布置，而不是如大多數(shù)已知的重型碾磨機(jī)那樣正交布置，可不必提供需要占用大量空間的錐形齒輪。
[0046]重型碾磨機(jī)典型地包括旋轉(zhuǎn)的和靜止的元件。旋轉(zhuǎn)元件通常且優(yōu)選地包括碗部，因此碗部圍繞碾磨機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而輥?zhàn)屿o止，這表示它們并不圍繞碾磨機(jī)軸旋轉(zhuǎn)，但其在碗部上滾動(dòng)時(shí)一般圍繞它們自身的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。但是也有可能旋轉(zhuǎn)元件包括棍子，且碗部是靜止的，或者該碗部以及輥?zhàn)佣紘@碾磨機(jī)軸旋轉(zhuǎn)。
[0047]雖然碾磨機(jī)的旋轉(zhuǎn)元件可被直接連接至電機(jī)軸，但是優(yōu)選地，碗式碾磨機(jī)包括設(shè)置在電動(dòng)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)元件之間的齒輪傳動(dòng)。由于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度相當(dāng)高，例如在每分鐘幾百至幾千轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)，而齒輪傳動(dòng)優(yōu)選地使旋轉(zhuǎn)速度降至特定應(yīng)用的合理值，一般在每分鐘幾轉(zhuǎn)至每分鐘幾十轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)。
[0048]一般來(lái)說(shuō)，每一種高扭矩的傳動(dòng)機(jī)制都可被用于將電機(jī)連接至碾磨機(jī)，但是使用齒輪的傳動(dòng)機(jī)制被廣泛采用并因此而被優(yōu)選選用。
[0049]然而，行星齒輪是用于這樣的碾磨機(jī)最為優(yōu)選的一種齒輪傳動(dòng)，因?yàn)樗鼈兛梢韵喈?dāng)緊湊地實(shí)現(xiàn)。而且，行星齒輪可傳送高扭矩，這是因?yàn)榕ぞ厥欠植荚诙鄠€(gè)行星上。
[0050]行星齒輪的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它們可與電機(jī)組合在一起，形成對(duì)空間要求低的緊湊型電機(jī)/齒輪傳動(dòng)單元，并且其可被整合在碗式碾磨機(jī)中。
[0051]齒輪傳動(dòng)可例如包括單級(jí)或多級(jí)行星齒輪傳動(dòng)。為最佳地滿足扭矩、空間和成本要求，齒輪傳動(dòng)優(yōu)選地包括恰好兩個(gè)行星齒輪級(jí)。
[0052]本驅(qū)動(dòng)裝置和/或碾磨機(jī)可包括進(jìn)一步的組件，例如用于冷卻、潤(rùn)滑、更高程度的控制的組件和其它的組件。由于這樣的組件并不受本發(fā)明的影響，所以未對(duì)它們進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0053]除非另外聲明，否則從實(shí)際情況、上文和下文中所說(shuō)明的碾磨機(jī)驅(qū)動(dòng)器及碾磨機(jī)的特征中的每一個(gè)都可以本身單獨(dú)應(yīng)用，以及額外地彼此組合應(yīng)用。
[0054]這些特征的其它具有優(yōu)勢(shì)的實(shí)施例和組合可下文的詳細(xì)說(shuō)明以及權(quán)利要求書(shū)全文看出。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0055]用于解釋實(shí)施例的附圖示出了:
[0056]圖1示出了被連接至中壓電源網(wǎng)絡(luò)的依據(jù)本發(fā)明的重型碗式碾磨機(jī)的示意圖；
[0057]圖2示出了驅(qū)動(dòng)電機(jī)和整體行星齒輪的截面示意圖；
[0058]圖3示出了電動(dòng)電機(jī)的截面示意圖；
[0059]圖4示出了具有三個(gè)繞組的單定子部段的示意圖；
[0060]圖5示出了保持三個(gè)星狀連接的繞組的定子部段的示意性布線圖；
[0061]圖6a)至圖6c)示出了具有保持繞組的不同數(shù)量的定子部段的定子的示意圖；
[0062]圖7示出了依據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置的第一示例的示意圖；以及
[0063]圖8示出了依據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置的另一個(gè)示例的示意圖。
[0064]在附圖中，相同的部件被給予相同的參考符號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0065]圖1示出了被連接至中壓供電網(wǎng)絡(luò)2的重型碗式碾磨機(jī)I的示范性的示意圖。該碾磨機(jī)I為立式碾磨機(jī)，其具有電機(jī)/齒輪單元3和由該電機(jī)/齒輪單元3驅(qū)動(dòng)的碗部8。碾磨機(jī)I進(jìn)一步包括被安裝在固定支撐物5上但繞水平軸樞轉(zhuǎn)的一對(duì)輥?zhàn)?。電機(jī)/齒輪單元3以同軸方式被置于碾磨機(jī)I的下方。
[0066]具有多達(dá)五個(gè)變壓器16的變壓器裝置6被連接至中壓供電網(wǎng)絡(luò)2。每一個(gè)變壓器16將供電網(wǎng)絡(luò)2中3kV至16kV且頻率為50Hz或60Hz范圍內(nèi)的中壓轉(zhuǎn)換成頻率為50Hz或60Hz頻率的690V的低壓。另一方面，變壓器裝置6被連接至具有多達(dá)十個(gè)頻率變換器20的頻率變換器陣列7。為了降低系統(tǒng)擾動(dòng)和高次諧波，每一個(gè)變壓器16經(jīng)由扼流器(未示出)被連接至頻率變換器陣列7。
[0067]每一個(gè)頻率變換器20將690V/50HZ或60Hz的輸入電壓轉(zhuǎn)換至從OV至690V且頻率從OHz至200Hz的可變且可控的電壓，用于碾磨機(jī)I的操作。每一個(gè)變換器20具有約SOOkW的連續(xù)功率，由于所有變換器20都是相同的，這些變換器在需要時(shí)可以彼此互換。這些變換器20中的一個(gè)用作主變換器，在第一主變換器故障時(shí)，第二個(gè)變換器20被定義成第二主變換器。至少一個(gè)，優(yōu)選地兩個(gè)主變換器都連接至速度傳感器，其提供了速度信號(hào)，用于控制變換器的輸出功率。其它的變換器20為從變換器，且受當(dāng)前有效的主變換器控制。
[0068]為獲得8MW的電機(jī)輸出功率，需要分別具有2MW的功率的五個(gè)變壓器16。這五個(gè)變壓器中的每一個(gè)將中壓側(cè)的相位電流移相12度。這導(dǎo)致了一種可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)負(fù)荷的30脈沖變壓器設(shè)計(jì)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)這種30脈沖變壓器，大多數(shù)高達(dá)49階的更高次諧波失真幾乎消失。僅在29階和31階諧波處出現(xiàn)一些可忽略的失真。
[0069]這些變壓器可通過(guò)中壓接電裝置被連接至中壓供電網(wǎng)絡(luò)，該中壓接電裝置在這些變壓器上分配該中壓，并在這些變壓器中的一個(gè)電流過(guò)量時(shí)關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)。
[0070]該電機(jī)可以是具有20個(gè)磁極的同步永磁電機(jī)，其合成轉(zhuǎn)速為每分鐘1000轉(zhuǎn)。
[0071]圖2示出了具有電機(jī)30和行星齒輪33的整體驅(qū)動(dòng)器的截面示意圖。該驅(qū)動(dòng)器被布置在驅(qū)動(dòng)器外殼37中，其中電機(jī)30被置于驅(qū)動(dòng)器外殼37的下隔間35中，且行星齒輪33被置于驅(qū)動(dòng)器外殼37的上隔間36中。行星齒輪33經(jīng)由固定聯(lián)軸38將電機(jī)軸32的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成輸出法蘭34的旋轉(zhuǎn)。
[0072]圖3不出了電動(dòng)電機(jī)30的定子和轉(zhuǎn)子的截面不意圖。電機(jī)30包括電機(jī)外殼(未示出)、定子40和內(nèi)轉(zhuǎn)子41。定子40被固定在電機(jī)外殼39內(nèi)，電機(jī)外殼39被固定在驅(qū)動(dòng)器外殼37內(nèi)。定子40被劃分成十個(gè)定子段44，這十個(gè)定子段一起形成環(huán)形定子40。轉(zhuǎn)子41具有20個(gè)永磁體42形式的磁極，這些永磁體42被安裝在轉(zhuǎn)子41的外周邊上。每個(gè)段44具有3個(gè)齒45，用于保持三相繞組系統(tǒng)的繞組。在圖3中，齒45未保持繞組。
[0073]轉(zhuǎn)子41例如由同軸地堆疊在彼此上的若干個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)組成(未示出)。每個(gè)盤(pán)具有二十個(gè)永磁體。轉(zhuǎn)子41可繞由電機(jī)軸47形成的電機(jī)軸線46旋轉(zhuǎn)。
[0074]電機(jī)包括至少兩個(gè)解析器(未示出)，其彼此電氣分離，使得它們是冗余的。每一個(gè)解析器包括相對(duì)于定子40固定的外環(huán)，以及相對(duì)于轉(zhuǎn)子41固定的內(nèi)環(huán)。解析器起到小型解析器的作用，并產(chǎn)生表示轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的當(dāng)前角位置的信號(hào)。
[0075]圖4更詳細(xì)地示出了單個(gè)定子段44的示意圖。該定子段44的全部三個(gè)齒45都保持具有單齒繞組形式的繞組48。這些繞組48典型地為絞合導(dǎo)體。在圖5中示意性地示出了這些繞組48與頻率變換器的連接。
[0076]定子段44被示出為鄰近電機(jī)外殼39的一部分。為了冷卻的目的，定子段44包括在該段44的外周邊上具有垂直溝槽形式的若干凹進(jìn)處49。在這些凹進(jìn)處49內(nèi)，熱空氣可在電機(jī)外殼39內(nèi)循環(huán)，在 這樣的情況下外殼39自身形成散熱器。備選地或此外，也可在電機(jī)外殼39的內(nèi)表面上設(shè)置這樣的凹進(jìn)處。
[0077]驅(qū)動(dòng)器可具有不同的總長(zhǎng)度。該長(zhǎng)度所確定的部分為定子繞組。在較短的驅(qū)動(dòng)器中定子繞組長(zhǎng)度例如為約400_，在較長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)器中定子繞組具有例如兩倍的長(zhǎng)度，即約800_。電機(jī)的其它部件不得不進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。只要通過(guò)提供較多的或較少數(shù)量的轉(zhuǎn)子盤(pán)就可以很容易地調(diào)整轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度。通過(guò)這種方式，除改變配備繞組的定子段的數(shù)量以外，可改變驅(qū)動(dòng)器的輸出功率。
[0078]圖5示出了定子段44的三個(gè)繞組48的示意性布線圖。繞組48被布置在電機(jī)外殼39的里面，電機(jī)外殼39具有三個(gè)孔50，此處每一個(gè)孔50設(shè)置成鄰近繞組48中的一個(gè)繞組。每一個(gè)繞組48的兩個(gè)端部51、52都通過(guò)鄰近于該繞組48的同一個(gè)孔50通向電機(jī)外殼39的外側(cè)。在外殼39外面，通過(guò)將每一個(gè)繞組48的端部51連接在一起來(lái)將多個(gè)繞組48星形連接，使得星點(diǎn)位于外殼39外面。每一個(gè)繞組48的另一個(gè)端部52被連接至頻率變換器(圖5中未示出)。
[0079]由于電機(jī)在工作過(guò)程中產(chǎn)生熱量，并且為了潤(rùn)滑和冷卻而使用了油，所以用于將頻率變換器連接至電機(jī)的電纜(至少那些被直接連接至電機(jī)的部件)優(yōu)選地具有耐油和耐熱隔離，例如PTEE (Teflon)。
[0080]圖6a)至圖6c)示出了具有保持繞組的不同數(shù)量定子段的定子40.1、40.2、40.3的示意圖。圖6a)示出了定子40.1，其中全部十個(gè)定子段44.1、44.2…，44.10的齒均配有繞組。具有這樣的定子的電機(jī)可提供其全功率。圖6b)示出了定子40.2，其中僅六個(gè)定子段44.1、44.3、44.4、44.6、44.8和44.9配有繞組。具有這樣的定子的電機(jī)可僅提供具有全裝備定子的電機(jī)(假設(shè)其它不變)的功率的3/5。圖6c)示出了定子40.3，其中，僅兩個(gè)定子段44.1和44.6的齒配有繞組。具有這樣的定子的電機(jī)可僅提供具有全裝備定子的電機(jī)(假設(shè)其它不變)的功率的1/5。
[0081]如果定子段44中的一些未配有繞組，或者如果它們配有繞組但不工作，則不供給功率，優(yōu)選地，相對(duì)的段44不配備繞組或者不工作，以便平衡作用于電機(jī)軸承上的力。
[0082]通?？梢詢H在這些段44中的一個(gè)段上配備繞組(但不是相對(duì)段)。具有這樣的定子的電機(jī)也會(huì)工作，并且由于相對(duì)低的電機(jī)功率，軸承上的非平衡力相對(duì)較小。但是一般情況下不使用這樣的配置。
[0083]圖7示出了依據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置的第一示例的示意圖。在該示例中，一個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈(drive train) 18為恰好兩個(gè)定子段44饋給。
[0084]驅(qū)動(dòng)鏈18包括變壓器16，變壓器16被連接至頻率變換器20，頻率變換器20為兩個(gè)三相定子段44饋給。頻率變換器20包括輸入級(jí)21、為DC電壓中間電路23 (表示為電容)饋給的整流器級(jí)22，隨后為輸出級(jí)24，其中輸入級(jí)21具有用于連接或斷開(kāi)變換器20的輸入開(kāi)關(guān)。
[0085]雖然示出為單線，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，變壓器16、頻率變換器20和定子段44之間的這些連接全部都是三相連接。
[0086]變壓器16具有例如為2麗的輸入功率，并且頻率變換器20消耗例如800kW。在所示的單個(gè)頻率變換器20為兩個(gè)定子段44饋給的配置下，這些定子段44為分別僅消耗約400kff的短段。
[0087]圖8示出了依據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置的另一個(gè)示例的示意圖。在該示例中，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈19向恰好兩個(gè)定子段44供電。
[0088]同樣，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈19包括頻率變換器20，其中每一個(gè)頻率變換器恰好饋給三相定子段44。每一個(gè)頻率變換器20與圖7中所示的相同，并包括輸入級(jí)21、整流器級(jí)22、DC電壓中間電路23，以及輸出級(jí)24。
[0089]與圖7中所示的示例不同，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈19均由單個(gè)變壓器16饋給。變壓器16的輸入功率例如為2MW，并且兩個(gè)頻率變壓器20同樣消耗800kW。在該示例中，定子段44為分別消耗約SOOkW的長(zhǎng)段。
[0090]多達(dá)十個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈19可并行操作，以供應(yīng)全裝備的長(zhǎng)電機(jī)(具有長(zhǎng)定子段的電機(jī))。這樣的配置包括五個(gè)變壓器16，其分別具有2MW的功率，用于為分別具有800kW的十個(gè)頻率變換器饋給。因此該電機(jī)接收8MW功率，并可饋給總共具有十個(gè)長(zhǎng)定子段的全裝備長(zhǎng)定子，這十個(gè)長(zhǎng)定子段分別具有SOOkW的功率。這些驅(qū)動(dòng)鏈19中的每一個(gè)可獨(dú)自操作。
[0091]通過(guò)這種方式獲得了所需的冗余，并且即使在一個(gè)或多個(gè)組件故障的情況下，驅(qū)動(dòng)裝置也可以在功率相應(yīng)降低的情況下被進(jìn)一步操作。
[0092]總之，應(yīng)注意，本發(fā)明能夠?yàn)楣β史秶_(dá)到IOMW或更高的重型碾磨機(jī)提供一種小型高度模塊化的驅(qū)動(dòng)器。
【權(quán)利要求】
1.一種用于重型碾磨機(jī)的驅(qū)動(dòng)器裝置，包括具有轉(zhuǎn)子和定子的電動(dòng)電機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子的磁極的數(shù)目為至少八個(gè)，并且其中所述定子被分成至少四個(gè)定子段，各有至少兩個(gè)繞組區(qū)，其中在至少一個(gè)定子段的每一個(gè)繞組區(qū)中設(shè)置有繞組。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器裝置，其中，所述轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)為二十個(gè)，且所述定子恰好包括十個(gè)定子段。
3.如權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器裝置，其中每一個(gè)定子段恰有三個(gè)繞組區(qū)，并且其中，在定子段的所述繞組區(qū)中設(shè)置的繞組以星形電路連接，其中，每一個(gè)繞組的兩端優(yōu)選地穿過(guò)單個(gè)開(kāi)口引到所述電機(jī)的外殼外面，并且其中所述星形電路的星點(diǎn)優(yōu)選設(shè)置在所述外殼外面。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器裝置，其中，所述電動(dòng)電機(jī)包括一個(gè)，有利地包括兩個(gè)或更多個(gè)冗余布置的測(cè)量單元，用于確定所述轉(zhuǎn)子的角位置，其中，測(cè)量單元優(yōu)選地包括解析器。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器裝置，包括至少一個(gè)頻率變換器，其被連接至定子段的所述繞組，其中，所述至少一個(gè)頻率變換器優(yōu)選被連接到至多兩個(gè)定子段的所述繞組。
6.如權(quán)利要求5所述的驅(qū)動(dòng)器裝置，其中，每一個(gè)頻率變換器可以高于IkHz的開(kāi)關(guān)頻率運(yùn)行，優(yōu)選約4kHz的開(kāi)關(guān)頻率。
7.如權(quán)利要求5至6中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器裝置，其中，每一個(gè)頻率變換器可以低于2000V的輸入電壓運(yùn)行，優(yōu)選低于1000V的輸入電壓。
8.如權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器裝置，其中，每一個(gè)頻率變換器的輸出級(jí)通過(guò)直接的、無(wú)開(kāi)關(guān)電連接被連接至所述電動(dòng)電機(jī)?！?br> 9.如權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器裝置，其中，所述電動(dòng)電機(jī)包括至少一個(gè)電流測(cè)量裝置，用于測(cè)量定子段至少一個(gè)繞組中的電流，并且其中，每一個(gè)頻率變換器包括控制器，用于根據(jù)所測(cè)量的電流控制所述電動(dòng)電機(jī)的扭矩。
10.如權(quán)利要求5至9中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器裝置，其中，每一個(gè)頻率變換器與地完全DC絕緣。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器裝置，包括至少一個(gè)變壓器單元，其被連接至所述頻率變換器中的恰好一個(gè)或兩個(gè)，其中，所述至少一個(gè)變壓器單元優(yōu)選經(jīng)由電感器被連接至所述一個(gè)或兩個(gè)頻率變換器。
12.如權(quán)利要求11所述的驅(qū)動(dòng)器裝置，其中，所述至少一個(gè)變壓器單元為至少十二脈沖變壓器單元，優(yōu)選30脈沖變壓器單元，其包括五相移六脈沖變壓器。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器裝置，其中，通風(fēng)裝置被安裝在所述轉(zhuǎn)子上，用于在所述電機(jī)的外殼內(nèi)，從所述轉(zhuǎn)子與所述定子之間的空氣隙和所述定子與所述電機(jī)的所述外殼之間的空間流通空氣。
14.一種重型碾磨機(jī)，尤其是碗式碾磨機(jī)，恰好有一個(gè)如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的重型碾磨機(jī)，其中，所述碗式碾磨機(jī)為具有豎直碾磨機(jī)軸的立碗式，和其中所述碗式碾磨機(jī)的軸和所述驅(qū)動(dòng)裝置的所述電動(dòng)電機(jī)的軸平行設(shè)置，優(yōu)選同軸。
16.如權(quán)利要求14至15中任一項(xiàng)所述的重型碾磨機(jī),其中,所述碗式碾磨機(jī)包括旋轉(zhuǎn)元件，和設(shè)置在所述電動(dòng)電機(jī)和所述旋轉(zhuǎn)元件之間的齒輪傳動(dòng)，其中，所述旋轉(zhuǎn)元件優(yōu)選地包括所述碗部。
17.如權(quán)利要求16所述的重型碾磨機(jī)，其中，所述齒輪傳動(dòng)包括至少一個(gè)行星齒輪級(jí)，優(yōu)選恰好兩個(gè)行星齒輪級(jí)。
【文檔編號(hào)】H02K1/14GK103597713SQ201180071425
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2011年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月4日
【發(fā)明者】S.里特勒, S.伯科滕 申請(qǐng)人:Fl史密斯公司