旋转电机除铁过滤器的设计和制造

叶正

【摘 要】对于用伺服电机控制的除铁过滤器的研究，本文进行了该产品的设计和计算，出装配图和零件图，了解整个产品的结构；设计完后，出工艺流程，转向生产，进行放错跟踪，改进产品；同时对产品的设计与制造进行了总结和评估。

【关键词】机电一体化技术；伺服电机；过滤器；工艺流程；产品评估

一、引言

除铁过滤器，是一种能产生强大磁场吸引力的设备，它能够将混杂在物料中铁磁性杂质清除，以保证输送系统中的破碎机、研磨机等机械设备安全正常工作，同时可以有效地防止因大、长铁件划裂输送皮带的事故发生，亦可显著提高原料品位。广泛用于冶金、矿山、选煤山、电厂、陶瓷、玻璃、水泥、建材、化工、食品及饲料加工行业。

现在我是对转筒式永磁除铁器设计的研究，也就是在普通除铁器的基础上加入了私服电机结构。伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机，可使控制速度，位置精度非常准确。该产品对社会具有积极的意义，促进市场的多元化。

通过本次课题设计，不仅增强对磁过滤器专业性知识的系统化，而且将专业知识、设计能力和实践能力的有机的结合在一起。

二、旋转电机除铁器的结构分析

下面我们来分析一下它的工作原理：物料从进料口法兰进入，中间经过磁转子进行过滤。磁转子安装在轴上面，轴的一端通过轴承固定，另外一端和电机减速器连接，通过电机的运动，实现轴的转动，从而带动磁转子旋转，磁转子表面有高磁场，物料流经后，表面的铁杂质会被迅速吸住，起到过滤作用，然后过滤干净的物料通过出料口法兰流出。当除铁时间到达一定的时候，磁转子表面会积累很多的铁杂质，这个时候可以打开门取出磁转子进行清理，十分方便。零部件之间用紧固件连接，產品结构简单，便于维修。

上面对该产品进行了结构上的分析，初步了解了电机除铁器的原理以及各零部件之间的组成关系，下面通过设计，我们要解决以下问题，从而更进一步掌握该产品的详细设计要求。

1、本产品适用于煤炭、食品和化工等多种行业的粉状、颗粒状物料的除铁。不同物料，比如说小麦、咖啡等上面含有的铁杂质是不同的，处理铁杂质的难易度也不同，主要在于磁钢的性能，下面通过对磁钢的类型和工艺的了解，选用合适的磁钢，从而适合不同情况下的除铁要求。

2、该产品最突出的功能部分就是通过电机减速器带动磁转子实现物料的除铁过程，电机的型号和规格直接影响到产品的功能性，如何选用是关键。

（一）磁学方面的设计

磁学方面的设计主要是磁钢（永磁材料）的选用方面，永磁材料有铸造永磁材料、铁氧体永磁材料、稀土永磁材料和其他永磁材料等四大类。铸造永磁材料的居里温度高，温度稳定性好，磁感温度系数低，但含有较多的战略金属钴和镍；铁氧体永磁材料的主要特点是原材料资源丰富，价格低，但磁性能不高；Sm-Co系永磁材料居里温度高，温度稳定性好，但含有较高金属Co和Sm，Sm在稀土矿中含量较少，且价格高，其中NdFeB系永磁材料磁性能高，不含战略金属钴和镍，相对价格较低。

我们公司的产品主要用NdFeB系永磁材料作为磁钢，具体根据其技术磁参量来选用合适的类型，如N35、N40、N45等磁钢类型。

永磁材料的主要技术磁参量可分为：

● 饱和磁化强度

要求饱和磁化强度越高越好，它决定于组成材料的磁性原子数、原子磁矩和温度。

● 居里温度

强铁磁体由铁磁性或亚铁磁性转变为顺磁性的临界温度称为居里温度，居里温度高的材料的工作温度可提高，也可利于提高磁性材料的温度稳定性。

● 各向异性场

当沿单晶体难磁化场足够大才能使其磁化到饱和。沿难磁化轴使铁磁体磁化到饱和所需要的磁化场称为各向异性场。

● 剩磁

铁磁体磁化到饱和并去掉外磁场后，在磁化方向保留的剩余磁化强度或剩余磁感应强度称为剩磁。

● 矫顽力

铁磁体磁化到饱和以后，使它的磁化强度或磁感应强度降低到零所需要的反向磁场称为矫顽力，分别记作内禀矫顽力和磁感矫顽力。提高矫顽力不仅可提高其抗退磁能力，还可提高其温度稳定性，降低磁通不可逆损失和矫顽力温度系数。

● 磁能积

磁能积越大，在气隙中产生的磁场也会越大，因此要求其越大越好。

（二）电动机的选用

电动机选择的一般原则

①选择电动机应满足生产机械所提出的各种机械特性要求。如速度、速度的稳定性、速度的调节以及启动、制动时间等。

②选择电动机的功率能被充分利用，防止出现“大马拉小车”的现象。通过计算确定出合适的电动机功率，使设备需求的功率与被选电动机的功率相接近。

③综合考虑电动机的极数和电压等级，使电动机在高效率、低损耗状态下可靠运行。

电动机选择的主要步骤

1）根据电源的情况，选择电动机额定电压。

2）根据生产机械所要求的转速以及传动设备的情况，选择电动机额定转速。

3）根据生产机械所需要的功率和电动机的运行方式，决定电动机的额定功率。

4）综合以上因素，根据制造厂的产品目录，选定一台合适的电动机。

（1）电动机额定电压的选择

电动机额定电压选择的原则应与供电电网或电源电压一致。

一般工厂企业低压电网为380V。中小型异步电动机都是低压的，额定电压为380/220V（Y/△接法），或220/380V（△/Y接法）及380/660 V（△/Y接法）三种。

高压电动机，额定电压为3000V、6000V甚至达10000V。

一般情况下，电动机额定功率<100kW，选用380V；<200kW，选用380V或3000V；≥200kW，选用6000V；>1000kW，选用10kV。

直流电动机的额定电压一般为110V、220V、440V，大功率电动机可提高到600V、800V、甚至1000V。

（2）电动机额定转速的选择

1）对于启动、制动或反转很少，不需要调速的连续工作制的电动机，可选择相应额定转速的电动机，从而省去减速传动机构。

2）对于经常启动、制动和反转的生产机械，选择额定转速时则应主要考虑缩短启、制动时间以提高生产效率。启、制动时间的长、短主要取决于电动机的飞轮矩和额定转速，应选择较小的飞轮矩和额定转速。

3）对于调速性能要求不高的生产机械，可选用多速电动机或者选择额定转速稍高于生产机械的电动机配以减速机构，也可以采用电气调速的电动机拖动系统。在可能的情况下，应优先选用电气调速方案。

4）对于调速性能要求较高的生产机械，应使电动机的最高转速与生产机械的最高转速相适应，直接采用电气调速。

（3）电动机额定功率的选择

电动机额定功率（容量）的选择步骤是：

第一步：计算负载功率PL；

第二步：根據预选电动机的额定功率PN；

第三步：进行发热、过载能力和启动能力校验，直至合适为止。

三、结束语（产品评估）

上面是对整个产品的设计，现在做一下总结，旋转电机除铁器有以下特点：

● 性能和结构：

产品的磁转子在电动机的带动下旋转，能将自由落下的粉体起到搅拌的作用，使粉体中的铁杂质被磁组件充分接触和被吸附，起到充分除铁效果。

● 产品先进性（同国内、外类型相比）

1. 磁棒在减速器的带动下旋转，以达到过滤物充分过滤

2. 整体的结构有防止粉尘的作用

3. 磁组件的工作具有可观测性

● 市场调查与预测：

在化工及粉件领域应用广泛，特别是一些湿的粉体磁过滤上效果较好。

【参考文献】

[1] 王以真编著.实用磁路设计（第2版）. 王以真编著.北京国防工业出版社，2008.9

[2] 赵克中编著.磁力驱动技术与设备.北京化学工业出版社，2003.12

[3] 周寿增、董清飞编著.超强永磁体（第2版）：稀土铁系永磁材料.北京冶金工业出版社，2004.2

[4] 王成元、夏加宽、孙宜标编著.现代电机控制技术.机械工业出版社，2009.1