(57)【要約】  ヘビーデューティミルのための駆動装置において、多数の磁極を有する電気モータと、少なくとも４つのステータセグメントに分けられるステータとが使用される。ステータセグメントのうちの１つまたは複数、あるいはすべてに三相巻線システムを設けることにより、高いパワー密度を有する、高いモジュール性を有するミル駆動装置が提供され、さらにそれに伴い、空間要求条件が軽減される。【選択図】図６ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータとステータとを備える電気モータを含む、ヘビーデューティミルのための駆動装置であって、前記ロータの磁極の数が少なくとも８つであること、および、前記ステータが、各々が少なくとも２つの巻線領域を有する少なくとも４つのステータセグメントに分けられ、ここでは、巻線が少なくとも１つのステータセグメントの各巻線領域内に設けられること、を特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記ロータの磁極の数が２０であり、前記ステータがちょうど１０個のステータセグメントを含む、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
各ステータセグメントがちょうど３つの巻線領域を有し、ステータセグメントの前記巻線領域内に設けられる前記巻線が星形回路として接続され、各巻線の両端部が好適には単一の開口部を介して前記モータのハウジングの外部まで誘導され、前記星形回路の星の頂点が好適には前記ハウジングの外部に配置される、請求項１又は２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記電気モータが、前記ロータの角度位置を決定するための、１つ、有利には２つ以上の冗長的に構成される測定ユニットを含み、測定ユニットが好適にはレゾルバを含む、請求項１から３までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項５】
ステータセグメントの前記巻線に接続される少なくとも１つの周波数変換器を含み、前記少なくとも１つの周波数変換器が好適には最大で２つのステータセグメントの前記巻線に接続される、請求項１から４までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項６】
各周波数変換器が、１ｋＨｚを超えるスイッチング周波数、好適には約４ｋＨｚのスイッチング周波数で動作可能である、請求項５に記載の駆動装置。
【請求項７】
各周波数変換器が、２０００ボルト未満の入力電圧、好適には１０００ボルト未満の入力電圧で動作可能である、請求項５又は６に記載の駆動装置。
【請求項８】
各周波数変換器の出力ステージが直接的なスイッチ無しの電気接続により前記電気モータに接続される、請求項５から７までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記電気モータが、ステータセグメントの少なくとも１つの巻線の電流を測定するための少なくとも１つの電流測定デバイスを含み、各周波数変換器が、前記測定された電流に応じて前記電気モータのトルクを制御するための制御装置を含む、請求項５から８までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１０】
各周波数変換器が地面から完全にＤＣ絶縁される、請求項５から９までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１１】
前記周波数変換器のうちのちょうど１つまたは２つに接続される少なくとも１つの変圧器ユニットを含み、前記少なくとも１つの変圧器ユニットが、好適には、インダクタを介して前記１つまたは２つの周波数変換器に接続される、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの変圧器ユニットが、５つの相偏移６パルス変圧器を含む、少なくとも１２パルス変圧器ユニット、好適には３０パルス変圧器ユニットである、請求項１１に記載の駆動装置。
【請求項１３】
前記モータのハウジング内で、前記ロータと前記ステータとの間のエアギャップから、さらには、前記ステータと前記モータの前記ハウジングとの間の空間から、空気を循環させるための通風デバイスが、前記ロータ上に設置される、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか１項に記載のちょうど１つの駆動装置を備える、詳細にはボールミルであるヘビーデューティミル。
【請求項１５】
前記ボールミルが垂直方向のミル軸を有する垂直方向のボールであり、前記ボールミルの軸および前記駆動装置の前記電気モータの軸が、平行に、好適には同軸に配置される、請求項１４に記載のヘビーデューティミル。
【請求項１６】
前記ボールミルが、回転要素と、前記電気モータと前記回転要素との間に配置される歯車装置とを含み、前記回転要素が好適には前記ボールを含む、請求項１４又は１５に記載のヘビーデューティミル。
【請求項１７】
前記歯車装置が、少なくとも１つの遊星ステージ、好適にはちょうど２つの遊星ステージを含む、請求項１６に記載のヘビーデューティミル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータおよびスタータを備える電気モータを含む、ヘビーデューティミル（ｈｅａｖｙ  ｄｕｔｙ  ｍｉｌｌ）のための駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、鉱石、石炭またはセメントなどの粉砕材料（ｇｒｏｕｎｄ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を粉砕するためのヘビーデューティミルは、しばしば、垂直軸を有するボールミルとして設計され、数百ｋＷ（キロワット）から最大で数ＭＷ（メガワット）の間にあるパワーを有する。このようなボールミルは、通常、粉砕される材料を保持するための水平方向に配置されるボールと、特定の数のローラとを含み、ここでは、ボールおよびロータが互いに対して回転し、それにより材料を粉砕する。一般に、ローラは静止しており、ボールが垂直方向のミル軸を中心に回転する。このようなミルは、通常、回転要素を駆動させるための電気モータを備える駆動装置を含む。しばしば、とりわけ粉砕される材料に応じて駆動速度を所望される値にまで低下させるために、モータと回転要素との間に歯車装置が配置される。
【０００３】
このような駆動装置は、通常、所与のパワーレンジに対して設計される。したがって、例えば、より小型または大型のミルを用いる用途あるいは異なる出力パワーを必要とする異なる材料のための用途といったような、異なる用途に対しては異なる駆動装置を設計する必要がある。
【０００４】
文献ＷＯ２００８／０４９５４５Ａ１（Ｇｅｂｒ．  Ｐｆｅｉｆｆｅｒ  ＡＧ）が、最大１０メガワットまでの高いパワーレンジを有する、ローラミルのためのスケーラブルな駆動システムを提供するための別の解決策を開示している。ミルを継続的に使用することができるようにするために、少なくとも３つの駆動装置を提供し、そのうちの２つをミルの完全な粉砕能力に達することができるようにすることが提案されている。しかし、必要となる粉砕パワーがミルの最大粉砕パワーより低い場合、１つまたは複数の駆動装置のスイッチを切るかまたは駆動装置の接続を解除することも可能である。各駆動装置は上流側の周波数変換器により電気エネルギーを供給され得、また、駆動モータおよび減速歯車を含む。一実施例では、モータには、水平軸と、ミル上に設置されるクラウン歯車にモータを接続させるための傘歯車とが設置される。別の一実施例では、モータには、ミルの周りに分布される空洞内にある垂直軸が設置され、この垂直軸はミルを駆動させるための平歯車を有する。
【０００５】
これらの駆動装置は大型のモータおよび歯車を必要とすることから、空間要求条件が非常に厳しくなる。
ヘビーデューティミルに関する別の問題は、粉砕プロセスによりトルクが変化することである。このようにトルクが変化することにより望ましくない共振が発生する可能性があり、このような望ましくない共振には駆動経路（ｄｒｉｖｅ  ｐａｔｈ）における望ましくない負荷または負荷ピークが伴われる。これらにより最終的には、ミルまたは駆動装置の機能性が低下するか、燃料消費が増大するか、または、ミルまたは駆動装置が故障する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、冒頭で言及した技術分野に関連するヘビーデューティミルのための駆動装置を作ることであり、これは上記の問題を回避し、また、多くの異なる用途で使用され得る高空間効率のミル駆動装置（ｍｉｌｌ  ｄｒｉｖｅ）を提供することを可能とする。本発明の別の目的は、このような駆動装置を備えるヘビーデューティミルを作ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の言及した第１の目的の解決策は請求項１の特徴によって明示される。ヘビーデューティミルのための駆動装置が、ロータとステータとを備える電気モータを含む。このようなヘビーデューティミルは、例えば、鉱石、石炭またはセメントなどの粉砕材料を粉砕するのに使用される。本発明によると、ロータの磁極の数は少なくとも８つであり、ステータは少なくとも４つのステータセグメントに分けられ、ここでは、各ステータセグメントが少なくとも２つの巻線領域を有し、少なくとも１つのステータセグメントの各巻線領域に１つの巻線が設けられる。
【０００８】
したがって、多様な数のステータセグメントの巻線領域に巻線を設けることにより、モータが、広範囲で変化する出力パワーを提供することができ、したがって、巻線を備えるステータセグメントの数を変更することのみにより、多様な用途において同一のモータを使用することが可能となる。
【０００９】
各ステータセグメントの各巻線領域に巻線を設けることにより、モータがそのフルパワーを提供することができる。ステータセグメントの一部の部分のみの巻線領域が巻線を保持する場合、モータは動作するが、モータによって供給され得るパワーが低下する。例えばステータがちょうど４つのステータセグメントを含みかつすべてのステータセグメントの各巻線領域に巻線が設けられる場合、モータは、１つのステータセグメントのみの巻線領域が巻線を装備するような場合の同一のモータと比較して４倍の出力パワーを提供する。
【００１０】
極の数が増加すると、電気モータのパワー密度が増大することから、本発明の駆動装置によるモータのパワー密度は高く、これは、比較的緩い空間要求条件でモータが構成され得ることを意味する。
【００１１】
モータは好適には同期モータである。このようなモータは、例えば、励磁巻線によって提供され得る磁界（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｆｉｅｌｄ）を必要とする。しかし、動作中に励磁パワーを一切必要としない永久磁石を備えるロータを提供することが好適である。
【００１２】
したがって、パワー密度をさらに増大させるために、例えば、１０、１２、１４、・・・、２４、２６、２８個またはそれ以上の数といったように、８個を超える極を備えるロータを提供することが有利である。その場合、ステータは、好適には、ロータの磁極の数の半分に相当する数のステータセグメントを含む。しかし、磁極の数が増加すると、モータの直径が増大し、製造コストも上がる。ロータの磁極の数が２０であり、スタータがちょうど１０個のステータセグメントを含むような本発明の好適な一実施形態では、良好な歩み寄りが達成され得ることが分かっている。
【００１３】
単一のステータセグメントの巻線領域の数およびそれに伴われる巻線の数は多様であってよい。概して、少なくとも二相で偏移する電圧（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｔｗｏ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔｅｄ  ｖｏｌｔａｇｅ）を用いて回転磁場を生成することが可能である。したがって、単一のステータセグメントの巻線の数は２つであるか、または２を超える任意の数であってよい。三相パワー供給システム（ｔｈｒｅｅ  ｐｈａｓｅ  ｐｏｗｅｒ  ｓｕｐｐｌｙ  ｓｙｓｔｅｍ）が広く使用されていることから、好適には、各ステータセグメントは、巻線を保持するための巻線領域をちょうど３つ含む三相システムとして実装される。動作中、これらの３つの巻線には３つのＡＣ電圧がかけられ、これらの電圧は各々が互いにプラスまたはマイナス１２０°で位相が偏移される。１つのステータセグメントに３つの巻線を用いる場合、１０個のステータセグメントを備える上で言及した好適な実施形態では、３０個の巻線領域と、２０個の磁極とが得られる。
【００１４】
このような巻線領域を備えるステータが歯を有する歯車にちょうど類似することから、上で言及したステータの巻線領域はしばしば歯（ｔｏｏｔｈ）と呼ばれる。したがって、これらの巻線は単一歯の巻線（ｓｉｎｇｌｅ  ｔｏｏｔｈ  ｗｉｎｄｉｎｇ）と呼ばれ、１つのステータセグメントごとに３つの歯を備え、したがって１０個のステータセグメントでは、モータは３０個の単一歯の巻線および２０個の磁極を含む。
【００１５】
１つのステータセグメントの３つの巻線は接続された三角形であってよいが、好適には、３つの巻線内でのパワー分担が不均等になるのを回避するために星形に接続される。
モータは、通常、モータハウジングを含み、モータはこのモータハウジングの内部に配置され、モータに動力供給するための電源は通常はハウジングの外部に設けられる。したがって、電源からモータの巻線への接続はモータハウジングを介して誘導(lead)される必要がある。
【００１６】
巻線を星形に接続するのには多様な可能性が存在する。例えば、星の頂点（ｓｔａｒ  ｐｏｉｎｔ）がモータハウジングの内部に位置するように、ステータセグメントの３つの巻線を接続することが可能である。この場合、各巻線の残りの端部は開口部を介してモータハウジングの外部まで誘導されて電源に接続される必要がある。しかし、ハウジング内の別の開口部を介してこれらの巻線の端部を誘導する場合、各開口部の周りに渦電流が発生する。これらのパワー損失を最小にするために、巻線の３つのすべての端部は同一の開口部を介してハウジングの外部まで誘導される必要がある。３つのすべての巻線の端部を共通の小さい開口部まで誘導するような空間がハウジング内には残されていないことから、例えば、ステータセグメントの３つのすべての巻線に跨がる細長いスロットの形態の大きい開口部を設ける必要がある。
【００１７】
モータハウジング内にこのような大きな開口部が形成されるのを回避するために、好適には、星の頂点がモータハウジングの外側に配置されるように、ステータセグメントの巻線が星形に接続される。この目的のため、各巻線の両端部がモータハウジングの外部まで誘導される必要がある。やはりモータハウジング内でのパワー損失を最小にするために、好適には、各巻線の両端部は、同一の開口部を介して直接に隣り合わせてハウジングの外部まで誘導される。モータハウジングの外部では、各巻線の一方の端部が星の頂点に接続され、各巻線のもう一方の端部が電源に接続される。
【００１８】
電気モータの動作中にロータとステータとの間の現時点の角度を確認するために、モータは、本発明の好適な一実施形態では、ロータの角度位置を決定するための測定ユニットを含む。このような測定ユニットには、例えば、アブソリュートロータリエンコーダまたはインクリメンタルロータリエンコーダ、ロータリ可変差動変圧器、あるいは、別の既知のデバイスが含まれる。
【００１９】
モータは迅速かつ正確に制御される必要があることから、電気モータは、好適には、ロータの角度位置を決定するためのレゾルバを含む。冗長性を得るために、モータは、冗長的に構成される少なくとも２つ、好適には厳密に２つのレゾルバを含み、これは、これらのレゾルバが互いに電気的に独立することを意味する。したがって、１つのレゾルバのためのパワー供給装置が故障した場合、少なくとも１つの別のレゾルバが適切に仕事を継続する。
【００２０】
概して、電気モータを多相パワー供給ネットワークまたは変圧器に直接に接続することが可能である。しかし、これにより、ネットワークの周波数、および、磁極の数などの別のパラメータに応じて、モータが不規則になり、一定の回転速度が多少増減する。また、モータの出力トルクが制御され得ず、すなわち、少なくとも、十分に迅速かつ正確には制御され得ず、その範囲が狭くなる。
【００２１】
高度に制御可能な電気モータを得るために、駆動装置は、好適には、ステータの巻線に給電するための少なくとも１つの周波数変換器を含む。周波数変換器は特定の周波数および振幅のＡＣ電流を供給され得、そこから、制御可能な周波数および振幅のＡＣ電流を発生させる。これは、広く知られるようにＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス幅変調）制御装置を用いて達成される。
【００２２】
必要となるモータパワーを得るために、好適には、周波数変換器が最大で２つのステータセグメントの巻線に接続される。したがって、ステータが３つ以上のステータセグメントを備える場合、駆動装置は少なくとも第２の周波数変換器を含む。
【００２３】
モータの制御性を向上させるために、すなわち、迅速かつ正確に制御を行えるようにするために、周波数変換器のスイッチング周波数を高くする必要がある。本発明の好適な一実施形態では、１ｋＨｚを超えるスイッチング周波数を有する周波数変換器が使用される。本発明の特に好適な一実施形態では、周波数変換器は、非常に迅速にモータを制御することができるように約４ｋＨｚのスイッチング周波数を有する。
【００２４】
ヘビーデューティミルを駆動させるための周波数変換器は通常は３ｋＶから３０ｋＶの範囲内の中電圧で動作することから、有利には、さらにしたがって好適には、周波数変換器は、低電圧、すなわち２ｋＶ未満の入力電圧で動作する。スイッチング損失をさらに低減することおよび温度問題を軽減することを目的として、好適には入力電圧は１ｋＶ未満である。例えば、入力電圧は６００Ｖから８００Ｖまでの範囲内にある。
【００２５】
周波数変換器の出力は、０Ｈｚから約３００Ｈｚまでの周波数および０Ｖから入力電圧の間の範囲内の振幅を好適には有する三相ＡＣ電圧である。さらに好適には、出力電圧の最大周波数は約２００Ｈｚである。ステータの巻線に接続されるときに、変換器の出力電圧の周波数を有する回転磁界が生成される。磁極が多数であることと併せて、モータ内の回転磁場の周波数が高いことにより、モータのパワー密度がさらに向上し、それにより、材料要求条件さらにはそれに伴う空間要求条件がさらに軽減される。
【００２６】
上で説明したモータの概念により、高インピーダンスのモータが得られる。モータの回転磁場の周波数が高いことと併せた、モータが高インピーダンスであることの効果は、周波数変換器の出力ステージまたは変換器からモータまでのケーブル内で短絡が発生しても、モータ巻線が燃焼しないことである。一般にはモータが損傷するのを防止するために、パワースイッチが変換器の出力ステージとモータとの間に配置されるが、ここではこのようなスイッチを使用する必要がない。したがって、本発明の好適な一実施形態では、各周波数変換器の出力ステージは、直接的なスイッチ無しの電気接続により電気モータに接続される。これにより、コストが低減されることに加えて、駆動装置のための必要となる空間もやはり低減され得る。
【００２７】
既に上で言及したように、周波数変換器を用いることにより、その出力電圧の振幅および周波数を制御することが可能となり、モータトルクは、主として、その巻線に印加される電圧に依存する。したがって、周波数変換器の出力電圧を変化させることによりモータトルクを制御することが可能である。その出力電圧を制御するために、各周波数変換器は制御装置（通常は、上で言及したＰＷＭ制御装置）を含む。
【００２８】
モータトルクを良好に調整することを可能にするために、周波数変換器は、最新のトルク要求条件に関する測定データを有する必要がある。このようなデータを提供するための可能性は複数あり、例えば、モータシャフト上に配置されるトルクセンサまたは別の適切な手段などがある。しかし、好適には、電気モータは、少なくとも１つのモータ巻線の電流を測定するための少なくとも１つの電流測定デバイスを含み、ここでは、測定される電流値が周波数変換器の制御装置にフィードバックされる。
【００２９】
周波数変換器のスイッチング周波数が４ｋＨｚと高いことにより、トルクを調整するための応答時間を極端に短くすることが可能となる。決定された必要となるモータ出力トルクを実現することを目的として電流を調整することが、１５０ｍｓ未満で行われ得る。
【００３０】
本発明の好適な一実施形態による駆動装置では、各周波数変換器は地面から完全にＤＣ絶縁され、したがって、モータの歯車装置を介して電流が周波数変換器まで逆に流れることはない。これにより歯車装置が損傷することが回避される。これは、周波数変換器を適切にアイソレートすることおよび周波数変換器を低電圧で動作させることにより、達成される。
【００３１】
パワー供給ネットワークの電圧および周波数によっては、大抵の場合、周波数変換器をパワー供給ネットワークに直接に接続することが可能である。
しかし、周波数変換器が低い入力電圧で動作することおよび通常は数十ＭＷの範囲のパワーを提供できるパワー供給ネットワークが中電圧ネットワークであることを理由として、本発明の好適な一実施形態による駆動装置は、ネットワークの中電圧を周波数変換器への入力として必要である低電圧へと変圧するための少なくとも１つの変圧器ユニットを含む。
【００３２】
使用される周波数変換器の出力パワーに応じて、１つまたは複数の周波数変換器が単一の変圧器ユニットに接続され得る。冗長性を得るために、好適には、単一の変圧器ユニットには１つまたは２つの周波数変換のみが接続される。より大きい出力パワーが必要となる場合、すなわちしたがって３つ以上の周波数変換器が必要となる場合、別の変圧器ユニットが用意される。
【００３３】
周波数変換器は変圧器ユニットの出力に直接に接続され得るが、有利には、周波数変換器は、いわゆるチョークであるインダクタを介して変圧器ユニットに接続される。このインダクタはシステムの摂動（ｓｙｓｔｅｍ  ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）を低減しさらには高調波を低減する働きをする。
【００３４】
システムの摂動さらには高調波をさらに低減することを目的として、変圧器ユニットは好適には少なくとも１２パルス変圧器ユニットである。本発明の好適な一実施形態では、単一の１２パルス変圧器が用意される代わりに、１２パルス変圧器ユニットが２つの６パルス相偏移シングルトランスフォーマ（ｓｉｘ  ｐｕｌｓｅ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔｅｄ  ｓｉｎｇｌｅ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を含む。例えば、３つの６パルス相偏移シングルトランスフォーマを用意することにより１８パルス変圧器ユニットが得られ、また、４つの６パルス相偏移シングルトランスフォーマを用意することにより２４パルス変圧器ユニットが得られる。
【００３５】
本発明のさらに好適な実施形態では、変圧器ユニットは３０パルス変圧器ユニットであり、これは１２°で位相が偏移される５つの６パルス相偏移シングルトランスフォーマを含む。
【００３６】
数百ｋＷから最大で数十ＭＷのクラスのパワーを有する駆動モータは多量の熱を発生させる。モータを冷却するために、任意の既知の冷却方法が採用されてよい。これらの冷却方法には、例えば、モータハウジングを空冷または液冷することが含まれる。さらに、本発明の好適な一実施形態では、モータのハウジング内で空気を循環させるための通風デバイスがロータ上に設置される。詳細には、空気が、ロータとステータとの間のエアギャップから、さらには、ステータとモータのハウジングとの間の空間から、循環する。好適には、ファンホイールがロータ軸と同軸になるようにロータの上側に設置され、このファンホイールはロータと同期して回転し、ロータの永久磁石とステータの巻線との間のエアギャップから高温空気を引き込むことにより上向きの空気流れを生成する。モータハウジングは実質的に密閉されるため、高温空気は、ステータとモータハウジングとの間の空間を通るときに押圧されることによりハウジングの底部へと押し戻される。
【００３７】
本発明の別の目的の解決策が請求項１３の特徴によって明示される。上で説明した駆動装置が、例えば、鉱石、石炭またはセメントなどの粉砕材料を粉砕するための例えばボールミル（ロールミルまたはローラミルとも呼ばれる）などのヘビーデューティミルを駆動させるように、設計される。本発明によると、ボールミルは、本明細書において上で説明した駆動装置を含む。
【００３８】
上で言及したように、磁極の数が多く、回転磁界の周波数が高いことにより、この電気モータはパワー密度が高いことが特徴であり、それにより、直径が比較的小さくしたがって空間要求条件が緩いコンパクトなモータを提供することが可能となる。さらに、駆動装置全体が高度なモジュール性を有し、これは、ミルの所与のサイズまたは出力パワーなどの所与の用途に非常に容易に適合され得ることを意味する。詳細には、巻線を備える所望される数のステータセグメントを提供することと、対応する数の周波数変換器を提供することにより必要となる入力パワーを提供することと、必要となる数の変圧器ユニットを提供することにより必要となる供給パワーを提供することとにより、単一のモータのみで得られるモータの出力パワーを広範囲で変化させることができる。
【００３９】
したがって、好適な一実施形態では、ボールミルが、本明細書において上で説明したちょうど１つの駆動装置を含む。上で言及した文献ＷＯ２００８／０４９５４５Ａ１とは異なり、特定のデザインのモータにより駆動装置のモジュール性が得られる。
【００４０】
さらに、モータの長さも変化し得る。モータの長さは、主に、ステータセグメントの歯によって担持される巻線の長さに依存する。例えば第１のタイプの特定の長さのステータセグメントおよび第１のタイプの２倍の長さの第２のタイプのステータセグメントといったような例えば２つの異なるタイプのステータセグメントを提供することにより（さらに、それに伴い、モータの別の部分の長さを適合させることにより）、すべてが同一のモータ直径を有する、非常に広範囲のパワーレンジを有する、ヘビーデューティミルのための駆動システムを提供することが可能となる。
【００４１】
駆動モータの空間要求条件が非常に緩いことにより、モータはミルの下方に配置され得る。本発明の好適な一実施形態では、ボールミルは、（実質的に）垂直方向のミル軸を有する垂直方向のボールであり、ここでは、ボールミルの軸および駆動装置の電気モータの軸が平行に配置される。
【００４２】
モータをミルに接続する際の手間を軽減するために、これらの軸は好適には同軸に配置される。多くの既知のヘビーデューティミルの場合での垂直方向とは異なりミルおよびモータを平行に配置することにより、広い空間を必要とするような傘歯車を用意する必要がなくなる。
【００４３】
ヘビーデューティミルは、通常、回転要素および静止要素を含む。通常、好適には、回転要素にはボールが含まれる。したがって、ボールがミル軸を中心に回転し、ローラが静止状態であり、これは、ローラがミル軸の周りを回転せず、通常通りに、ボール上で旋回するときにそれら自体の回転軸を中心に回転することを意味する。しかし、回転要素にはローラが含まれかつボールが静止することも可能であり、または、ボールさらにはローラがミル軸を中心に回転することも可能である。
【００４４】
ミルの回転要素はモータシャフトに直接に接続され得るが、好適には、ボールミルは、電気モータと回転要素との間に配置される歯車装置を含む。モータの回転速度が非常に高く、例えば毎分数百回転から数千回転の範囲内にあることから、好適には、歯車装置がその回転速度を特定の用途に適する値にまで低下させ、これは通常は毎分数回転から毎分数十回転の範囲である。
【００４５】
概して、モータをミルに接続させるのに、あらゆる種類の高トルクの伝動装置が使用され得る。しかし、歯車を備える歯車機構が広く使用されていることから、したがって好適にはこのような歯車機構が使用される。
【００４６】
しかし、ここでのミルには遊星歯車が最も好適な種類の歯車装置である。というのは、遊星歯車は非常にコンパクトに具体化され得るからである。また、遊星歯車では、トルクが複数の遊星に分配されることから、強いトルクを伝達することができる。
【００４７】
遊星歯車の別の利点は、空間要求条件の緩いコンパクトなモータ／歯車装置・ユニットを形成するようにモータと一体に組み合わされ得、さらにボールミルに一体化され得ることである。
【００４８】
歯車装置は例えば、シングルステージまたはマルチステージの遊星歯車装置を含むことができる。トルク要求条件、空間要求条件およびコスト要求条件に最も良好に適合させるために、歯車装置は、好適には、ちょうど２つの遊星ステージを含む。
【００４９】
駆動装置および／またはミルは、例えば、冷却、潤滑、高レベルの制御などのための構成要素などの、別の構成要素も含むことができる。このような構成要素は本発明の影響を受けないことから、さらに説明することはしない。
【００５０】
特に明記しない限り、また、状況から明白とならない限り、ミル駆動装置およびミルの上記で説明される特徴および下記で説明される特徴は各々が単独で適用可能であり、また、互いに組み合わされても適用可能である。
【００５１】
特徴の別の有利な実施形態および組み合わせが、以下の詳細な説明および特許請求の範囲全体から明白となる。
以下の図は実施形態を説明するのに使用される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】中電圧パワー供給ネットワークに接続される、本発明によるヘビーデューティボールミルを示す概略図である。
【図２】駆動モータおよび一体化される遊星歯車を示す概略断面図である。
【図３】電気モータを示す概略断面図である。
【図４】３つの巻線を装備する単一のステータセグメントを示す概略図である。
【図５】星形に接続される３つの巻線を保持するステータセグメントを示す概略配線図である。
【図６】図６ａ）は、巻線を保持する多様な数のステータセグメントを備えるステータを示す概略図である。図６ｂ）は、巻線を保持する多様な数のステータセグメントを備えるステータを示す概略図である。図６ｃ）は、巻線を保持する多様な数のステータセグメントを備えるステータを示す概略図である。
【図７】本発明による駆動装置の第１の実施例を示す概略図である。
【図８】本発明による駆動装置の別の実施例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
これらの図では、同じ構成要素は等しい参照符号が付される。
図１は、中電圧パワー供給ネットワーク２に接続されるヘビーデューティボールミル１の例示の概略図を示す。ミル１は、モータ／歯車・ユニット３と、モータ／歯車・ユニット３によって駆動されるボール８とを備える垂直方向のミルである。ミル１は、静止レスト５上に設置されるが水平方向の軸を中心に枢動する一対のローラ４をさらに含む。モータ／歯車・ユニット３はミル１の下方に同軸に配置される。
【００５４】
最大で５つの変圧器１６を備える変圧器装置６が中電圧パワー供給ネットワーク２に接続される。各変圧器１６が、３ｋＶから１６ｋＶの範囲の、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのパワー供給ネットワーク２の中電圧を５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの６９０Ｖの低電圧に変換する。変圧器装置６のもう一方側が、最大で１０個の周波数変換器２０を備える周波数変換器アレイ７に接続される。各変圧器１６が、システムの摂動および高調波を低減するためのチョーク（図示せず）を介して周波数変換器アレイ７に接続される。
【００５５】
各周波数変換器２０が、６９０Ｖ／５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの入力電圧を、ミル１を動作させるための、可変で制御可能な０Ｖから６９０Ｖおよび０Ｈｚから２００Ｈｚまでの周波数の電圧に変換する。各変換器２０は約８００ｋＷの連続出力を有し、また、これらのすべての変換器２０が等しいことから、これらが必要に応じて互いに交換される。変換器２０のうちの１つがマスターとして機能し、第１のマスターが故障した場合に、第２の変換器２０が第２のマスターとして定義される。少なくとも１つのマスター変換器、好適には両方のマスター変換器が速度センサに接続され、この速度センサは、変換器の出力パワーを制御するのに使用される速度信号を提供する。他の変換器２０はスレーブであり、その時点でアクティブなマスターによって制御される。
【００５６】
モータの出力パワーを８ＭＷにするために、各々が２ＭＷのパワーを有する５つの変圧器１６が必要となる。これらの５つの変圧器は、各々が、中電圧での相電流を１２度ごとに偏移させる。これにより、負荷を滑らかにするのを可能にする３０パルス変圧器デザインが得られる。このような３０パルス変圧器を用いることにより、最大で４９番目の高調波ディストーションの大部分が実質的に消えることが分かっている。２９番目および３１番目の高調波では無視できるくらいのディストーションのみが発生する。
【００５７】
変圧器が、中電圧スイッチギアによって中電圧供給ネットワークに接続され得、このスイッチギアが中電圧を変圧器上に分配し、変圧器のうちの１つに過電流が発生した場合にシステム全体をオフにする。
【００５８】
モータは２０個の極を有する同期永久磁石モータであり、毎分１０００回転の回転速度が得られる。
図２は、モータ３０と遊星歯車３３とを備える一体化される駆動装置の断面図の概略図を示す。この駆動装置は駆動装置ハウジング３７内に配置され、ここでは、モータ３０が駆動装置ハウジング３７の下側コンパートメント３５内に配置され、遊星歯車３３が駆動装置ハウジング３７の上側コンパートメント３６内に配置される。遊星歯車３３が、固定される継手３８を介してモータシャフト３２の回転を出力フランジ３４の回転へと伝達する。
【００５９】
図３は、電気モータ３０のステータおよびロータの断面図の概略図を示す。モータ３０は、モータハウジング（図示せず）と、ステータ４０と、内側ロータ４１とを含む。ステータ４０がモータハウジング３９内に固定され、このモータハウジング３９もやはり駆動装置ハウジング３７内で固定される。これは１０個のステータセグメント４４に分けられ、共に円形のステータ４０を形成する。ロータ４１が、ロータ４１の外側円周上に設置される永久磁石４２の形態の２０個の極を有する。各セグメント４４は、三相巻線システムの巻線を保持するための３つの歯４５を有する。図３では、歯４５のいずれも巻線を保持していない。
【００６０】
ロータ４１は、例えば、互いに同軸に積み重ねられる複数のロータディスクから形成される（図示せず）。各ディスクは２０個の永久磁石を有する。ロータ４１は、モータシャフト４７によって形成されるモータ軸４６を中心に回転可能である。
【００６１】
モータが、互いに電気的に独立する少なくとも２つのレゾルバ（図示せず）を含み、したがってこれらは冗長性を有する。各レゾルバが、ステータ４０に対して固定される外側リングと、ロータ４１に対して固定される内側リングとを含む。レゾルバは小型の回転変圧器として機能し、ステータに対するロータの最新の角度位置を示す信号を送信する。
【００６２】
図４は、単一のステータセグメント４４のより詳細な概略図を示す。このステータセグメント４４の３つのすべての歯４５が、単一歯の巻線の形態の巻線４８を保持する。巻線４８は通常は撚線である。周波数変換器への巻線４８の接続が図５に概略的に示される。
【００６３】
ステータセグメント４４はモータハウジング３９の一セクションの隣に示される。ステータセグメント４４が、冷却目的のために、セグメント４４の外側円周上にある垂直方向の溝の形態の複数の凹部４９を含む。これらの凹部４９内で、モータハウジング３９内の高温空気が循環することができ、ここではハウジング３９自体がヒートシンクを形成する。別法としてまたは加えて、これらの凹部はモータハウジング３９の内側表面上に設けられてもよい。
【００６４】
駆動装置は多様な全長を有することができる。この長さを決定する部品はステータの巻線である。短い駆動装置の場合、ステータの巻線は例えば約４００ｍｍの長さを有し、長い駆動装置の場合、ステータの巻線は例えば２倍の約８００ｍｍの長さを有する。モータの別の部分はこれに適合する必要がある。ロータの長さは、ロータディスクの数を増減することのみによって容易に適合され得る。このようして、巻線を装備するステータセグメントの数を変更することに加えて、駆動装置の出力パワーが変更され得る。
【００６５】
図５は、ステータセグメント４４の３つの巻線４８の概略配線図を示す。巻線４８がモータハウジング３９の内部に配置され、このモータハウジング３９が３つの孔５０を有し、ここでは、各孔５０が巻線４８のうちの１つの隣に設けられる。各巻線４８の両端部５１、５２が、巻線４８の隣に位置する同じ孔５０を介してモータハウジング３９の外部まで送られる。ハウジング３９の外部では、巻線４８が、各巻線４８の端部５１が一体に接続されることにより、星形に接続され、ここでは、星の頂点がハウジング３９の外部に位置する。各巻線４８のもう一方の端部５２が周波数変換器（図５では図示せず）に接続される。
【００６６】
モータが動作中に熱を発生させ、潤滑および冷却を行うためにオイルが使用されることから、周波数変換器をモータに接続させるのに使用されるケーブル（少なくともモータに直接に接続される部分）が、好適には、例えばＰＴＦＥ（テフロン）などの、オイル適合性および熱耐性を有する絶縁性を有する。
【００６７】
図６ａ）から６ｃ）が、巻線を保持する多様な数のステータセグメントを備えるステータ４０．１、４０．２、４０．３の概略図を示す。図６ａ）はステータ４０．１を示し、ここでは、１０個のすべてのステータセグメント４４．１、４４．２、・・・、４４．１０の歯が巻線を備える。このようなステータを備えるモータはそのフルパワーを提供することができる。図６ｂ）はステータ４０．２を示し、ここでは、６つのステートセグメント４４．１、４４．３、４４．４、４４．６、４４．８および４４．９のみの歯が巻線を備える。このようなステータを備えるモータは、ステータを完全に備えるモータのパワーの５分の３のパワーのみを提供することができる（他に変更点がない場合）。図６ｃ）はステータ４０．３を示し、ここでは、２つのステータセグメント４４．１および４４．６のみの歯が巻線を備える。このようなステータを備えるモータは、ステータを完全に備えるモータのパワーの５分の１のパワーのみを提供することができる（他に変更点がない場合）。
【００６８】
ステータセグメント４４のうちの一部が巻線を備えないような場合、または、ステータセグメント４４のうちの一部が巻線は備えるが動作していないような場合、すなわち、パワーが供給されないような場合、モータの歯車装置に作用する力のバランスをとるために、対向するセグメント４４が巻線を備えないかまたは動作しないようにすることが好適である。
【００６９】
概して、セグメント４４のうちの１つのみに巻線を設けることも可能である（しかし、対向するセグメントではない）。このようなステータを備えるモータも機能する。というのは、モータパワーが比較的低いことから、歯車装置に作用する力の不均衡度が比較的小さくなるからである。しかし、このような構成は通常は使用されない。
【００７０】
図７は、本発明による駆動装置の第１の実施例の概略図を示す。この実施例では、１つの駆動列１８がちょうど２つのステータセグメント４４に電気エネルギーを供給する。
駆動列１８が、２つの三相ステータセグメント４４に動力供給するための、周波数変換器２０に接続される変圧器１６を含む。周波数変換器２０が、変換器２０に接続したりまたはその接続を解除したりする入力スイッチを備える入力ステージ２１と、ＤＣ電圧中間回路２３（容量として示される）に給電するための整流器ステージ２２と、その後に続く出力ステージ２４とを含む。
【００７１】
単一のラインが示されるが、変圧器１６と、周波数変換器２０と、ステータセグメント４４との間の接続がすべて三相接続であることが当業者には明白であろう。
変圧器１６は例えば２ＭＷの入力パワーを有し、周波数変換器２０は例えば８００ｋＷを消費する。単一の周波数変換器２０が２つのステータセグメント４４に動力供給を行うような示される構成では、これらのステータセグメント４４は、各々が約４００ｋＷのみを消費するような短いセグメントである。
【００７２】
図８は、本発明による駆動装置の別の一実施例の概略図を示す。この実施例では、２つの駆動列１９がちょうど２つのステータセグメント４４に電気エネルギーを供給する。
ここでもやはり、各駆動列１９が１つの周波数変換器２０を含み、これらの各々が厳密に三相ステータセグメント４４に動力供給する。各周波数変換器２０は図７に示される周波数変換器と同じであり、入力ステージ２１と、整流器ステージ２２と、ＤＣ電圧中間回路２３と、出力ステージ２４とを含む。
【００７３】
しかし、図７に示される実施例とは異なり、両方の駆動列１９が単一の変圧器１６によって動力供給される。変圧器１６は例えば２ＭＷの入力パワーを有し、両方の周波数変換器２０がやはり８００ｋＷを消費する。この実施例では、ステータセグメント４４は各々が約８００ｋＷｗを消費する長いセグメントである。
【００７４】
完全に装備された長いモータ（すなわち、長いステータセグメントを備えるモータ）に供給を行うために、最大で１０個の駆動列１９が同時に動作することができる。このような構成は５つの変圧器１６を含み、これらは各々が、各々８００ｋＷを有する１０個の周波数変換器２０に給電するための２ＭＷのパワーを有する。したがって、モータは８ＭＷのパワーを受け、合計で１０個の長いステータセグメントを完全に備える長いステータに動力供給することができ、１０個の長いステータセグメントは各々が８００ｋＷのパワーを有する。これらの駆動列１９は各々がそれ自体で動作可能である。
【００７５】
このようして、必要となる冗長性が得られ、たとえ１つまたは複数の構成要素が故障しても、この駆動装置はそれに応じた低減されたパワーでさらに動作することができる。
最後に、本発明が、最大で１０ＭＷであるかまたはそれ以上のパワーレンジのヘビーデューティミルのための、小型でよりモジュール性の高い駆動装置を提供することが可能であることに留意されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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