一种同步球磨机电机轻量化设计方案

于 娜，王 新，滕 强，张春红，荆传旭

(大连日牵电机有限公司，辽宁大连 116036)

0 引言

球磨机自出现以来，就在金属矿和非金属矿中的选矿厂、建材、电力部门、化工部门等领域的基础行业矿料粉碎中得到广泛应用[1]。随着我国电机控制技术的进步，中速球磨机得到快速发展和应用，球磨机电机也受到了广泛的关注与研究。其中，同步电机以其高效率、较强的过载能力及能够对电网进行无功补偿的特点，使其广泛应用在大功率工业场合[2]。大型球磨机电机也多采用同步电机，但同步电机同时也存在着体积大、制造周期长、运输不便等劣势。

典型的同步电机安装型式为IM7311，开启型式自扇风冷，防护等级为IP00至IP23，其典型结构见图1。

图1 典型同步电机结构简图

1 轻量化设计方案

本文主要通过对原型号为TDMK630-24 6 kV IP21产品的机械结构、冷却型式、电磁方案三个方面介绍同步球磨机电机轻量化的优化方案。

1.1 机械结构

1.1.1 底座采用成型槽钢焊接结构

传统球磨机电机底座结构由多块钢板组焊而成，重量较大。此外，组焊所需钢板种类多样、尺寸不一，导致工序复杂，工时加长。本电机底座结构采用“Ι”型和“[”型槽钢与钢板混合组焊结构，由于大量采用力学性能好的型钢，所需组件种类少、量产快、生产效率高、重量轻，且焊接应力小。改进后相同尺寸底座重量可降低44%。另外，底座下料、焊接、机加的工时也分别减少35.1%、40.2%、2.6%。原电机底座结构见图2，改进后底座结构见图3。

图2 原电机底座结构

图3 改进后电机底座结构

1.1.2 电机端罩采用与底座配合结构

原电机端罩在径向圆周方向上将电机铁心、线圈等全部覆盖。为实现电机轻量化，通过端罩与电机底座配合的方法，确保电机IP21的防护等级，并减少端罩主材的应用。改进后的电机采用电机端罩座落在底座上表面的结构，从而取消了处于底座配合面以下部分的端罩，使端罩下半部分呈开启状态。有效地降低了驱动端与非驱动端两端端罩的重量，改进后两端端罩重量总和减轻约14%。原电机端罩结构见图4，改进后端罩结构见图5。

图4 原电机端罩结构

图5 改进后电机端罩结构

1.1.3 机座底部开启

电机防护等级要求为IP21，将电机机座的底座以下部位设计为开启结构，取消该处机座两侧侧板，既能达到防护等级和机械性能要求，又可以增强散热并达到降低电机重量和节约成本的目的。改进后机座重量下调了约5.8%。

1.1.4 改变集电环位置

传统结构集电环装配位于转子铁心与非驱动端座式滑动轴承之间，方便电机转子引线与集电环导电杆把接。改进后的电机从转轴中心开孔引线，将集电环装配位置挪至非驱动端座式滑动轴承外侧，可使驱动端座式滑动轴承与非驱动端座式滑动轴承中心距离缩短150～250 mm，则电机底座轴向长度也可缩短相同尺寸。改进后底座重量降低范围约为4.6%～5.7%。

1.1.5 磁极线圈立绕

转子磁极线圈直接多层立绕在包好绝缘的磁极铁心上，取消磁极线圈绕制胎具。每个磁极可单独浸漆，绝缘更可靠，导热能力提升。立绕线圈较扁绕线圈可减小磁极导线截面积、减少双玻璃丝包薄膜包铜扁线的使用量。

1.2 冷却型式

电机采用自然冷却型式，端罩采用开启式结构，机座前后端板开有方形通风孔，取消机座处于底座下方的侧板，尽可能增加通风面积，改善进出风效果。机座处于底座上方的侧板开方孔与百叶窗配合，有效地提高了电机散热能力。

采用自然风冷却系统，取消风扇，不仅降低转子重量，而且缩短了端罩轴向长度，降低电机整体重量、提高了电机效率。

1.3 电磁方案

由于电机的结构和冷却设计提高了换热能力，所以该电机的热负荷可较传统结构提高近20%[3]。改进后的电机结构见图6。

图6 改进后电机结构简图

2 方案对比

电机主要参数见表1，原设计方案与改进设计方案的主要设计参数对比见表2。

表1 电机主要参数表

表2 主要设计参数对比

续表2 主要设计参数对比

通过方案对比，可以看出，改进后的电机各项性能指标满足使用要求。样机已投入运行，状态良好。样机见图7。

图7 样机图

3 结语

电机产品的轻量化是未来发展的必然方向。本文通过机械结构、冷却型式、电磁方案三方面对原成型产品进行轻量化优化改进，实现产品的轻量化设计，并通过样机长期运行，证明该方案的可靠性，并可推广至其它规格产品。