1、技（jì）術背景

　　傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致（zhì）球磨機的傳動係統存在機械傳（chuán）動鏈冗長（zhǎng）、效率（lǜ）低、機構複雜、運（yùn）行（háng）維護工作量大等問（wèn）題。

　　沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南91视频网機電設備（bèi）有限公司聯合（hé）設計研發（fā）的球磨機、立磨（mó）機采用永磁直驅電機,通過將（jiāng）電動機與機械（xiè）結構進行（háng）機電一體（tǐ）化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能（néng）直接滿足荷載的（de）需求，省去傳統磨機的減速機，顯著（zhe）提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起（qǐ）動轉矩大、過（guò）載能力強（qiáng）、係統免維護、自動化程度高等優點。

　　在控製（zhì）方麵,本（běn）產品電機定子采用（yòng）了模塊化設計（jì），不僅（jǐn）降低了加工、製造、運輸（shū）等難度，還相當（dāng）於把一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低（dī）大功率電機的輸入電壓，但是不增加（jiā）電機的輸入電流，電機不必采（cǎi）用高等級絕緣。模塊化（huà）電機（jī）采（cǎi）用多台小（xiǎo）功率（lǜ）變頻器聯合（hé）供電，這樣設（shè）計降低了電機（jī）的（de）供電電壓和（hé）使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製（zhì）係統，大大提升了電機控（kòng）製的自由度，球磨機運行在輕（qīng）載工況時，完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機驅動球磨機。

　　在結構方麵，本產品電機的定子（zǐ）采（cǎi）用了一種自主設計研發的隨（suí）動式結構，將整圓的定子分成若幹個（gè）相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論（lùn）球磨機轉筒（tǒng）是否（fǒu）震動（dòng）或偏（piān）心，定子塊始（shǐ）終跟隨轉筒（tǒng）運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過（guò）機械結構設計保證定子（zǐ）與（yǔ）轉子間（jiān）的間隙恒定（dìng），電（diàn）機不（bú）會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普（pǔ）通永（yǒng）磁直（zhí）驅電機的小很多（duō），從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產（chǎn）成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障（zhàng）時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機（jī）即可正常運行（háng）。使用本產（chǎn）品完全不會因電機發（fā）生故障而影響到生產工期。

　　2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述（shù）

　　本產（chǎn）品（pǐn）的隨動式定子結構構成一（yī）種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就（jiù）像汽車。滾輪貼合（hé）滾（gǔn）筒旋轉相當（dāng）於汽車在公路行（háng）駛，公路的起（qǐ）伏（fú）不影響車輪與地麵（miàn）貼合，即滾筒偏心浮動不影響（xiǎng）滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因（yīn）裝配誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變（biàn）、重載震動等原因造成（chéng）電（diàn）機（jī）偏心、氣隙不（bú）均勻時，仍能正（zhèng）常運（yùn）轉，保證磨機始終運行在（zài）性能狀態，不必停（tíng）機檢修。同時（shí）電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因（yīn）為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。

　　本產品電機的定子為隨（suí）動式結構,基於模塊化永磁直驅電（diàn）機，采用獨立的扇形定子塊結構，其（qí）隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒（tǒng）來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支（zhī）撐框架相連的彈性機構。彈性機構在（zài）球磨機滾筒不偏（piān）心（xīn）時處（chù）於半壓縮狀態,如果球磨機滾（gǔn）筒向上波動，轉筒會向上頂定子（zǐ）塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊（kuài）在受到（dào）永磁體對其向上的吸引力的同時（shí），定（dìng）子塊上的彈性（xìng）機構（gòu）將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動（dòng）而進行徑向與（yǔ）圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構（gòu）將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向（xiàng）下壓。

　　本（běn）產品（pǐn）彈性裝置的壓力（lì）大小可（kě）調（diào），對於不同位（wèi）置的定（dìng）子塊設置不同的壓力,避免因彈性（xìng）裝置設置的壓力過大造成（chéng）滾輪或轉筒磨損較快。

　　本產（chǎn）品將永磁電（diàn）機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采（cǎi）用不同個數的隨動式定（dìng）子塊構成（chéng）一（yī）台（tái）模塊電機，一台整圓電機（jī）由多台模塊電機構成（chéng）,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包（bāo）繞式安裝在球磨機滾（gǔn）筒上。相（xiàng）鄰隨（suí）動式（shì）定子塊間設有固定在支（zhī）撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方（fāng）向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接（jiē）T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵（tiě）心及磁鋼。

　　本產品的隨（suí）動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子（zǐ）塊沿徑向拉出，進行（háng）檢修或更（gèng）換新的定子塊。

　　3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點

　　現階（jiē）段大多數的球磨（mó）機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進（jìn）行驅動。永磁同步電機與（yǔ）感應電機相比優勢是它有較（jiào）高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源（yuán）。永磁電機通過變頻器進行調（diào）速，電（diàn）機運行平穩，係統（tǒng）響應（yīng）速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年（nián）來（lái）永磁電機應用越來（lái）越廣（guǎng）泛的原因。

　　采用永磁直驅，取（qǔ）消了中間的減速機、聯（lián）軸器、及齒（chǐ）輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈（liàn），直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係（xì）統（tǒng）的傳動（dòng）效率不僅得到大幅提升，而且直驅（qū）係統的（de）故障率低，維護檢修方便，還避免（miǎn）了傳統設備因漏油造成環境汙染。

　　由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）低了加工，製造，運輸等（děng）難度（dù），還相當於把一個大功率電機做成了（le）多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣（yuán），模塊化電（diàn）機采用多台小功率變頻器聯合供電。這（zhè）樣設計降低（dī）了電機的供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。

　　傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波（bō）動顯著增加，無法繼續正常運行。而本（běn）產（chǎn）品進（jìn）行了模（mó）塊化設計，每個模塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可（kě）以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可（kě）以直（zhí）接拆卸故障電機更換新的（de）模塊電機即可正常運（yùn）行。模塊化（huà）電機具有冗餘（yú）的模（mó）塊數，也可切除（chú）故障子模塊而控（kòng）製其餘正常（cháng）子模塊降額運行。使用本產品完全不會因（yīn）電機發生故障而影響到生（shēng）產（chǎn）工期。

　　球磨機因加工誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變或重（chóng）載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時（shí）還會造成電機掃膛（táng）損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防（fáng）掃膛，而氣隙（xì）增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定（dìng）子結構的模塊電機，能在（zài）轉筒偏心時保證定子與轉子之（zhī）間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子（zǐ）結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次（cì）數更少，工作時間更長，大體積（jī）球磨機檢（jiǎn）修複雜（zá），降低檢修次數就是提高生產效率。

　　4、隨動式球磨機（jī）裝配示（shì）意圖

　　二、永磁（cí）直驅立磨技術

　　1、立磨直（zhí）驅（qū）對比於傳統感應電機的優點( 1）變（biàn）頻調速（sù）控（kòng）製，實現負載工況多樣性

　　傳（chuán）統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統（tǒng）反應速度慢。永磁同步電機采（cǎi）用變頻調速，適應工況能力（lì）強。遇到突發（fā）事件，除調（diào）整磨輾高度外，還增加了速（sù）度調（diào）節以快速適（shì）應係統工作環境，係統（tǒng）反應速度更快。

　　(2）係統簡單,可靠性高

　　傳統係統因三相感應電（diàn）機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過（guò）程不對電網造成過大的衝擊，需增（zēng）加軟起（qǐ）動裝置。三相感應電機起（qǐ）動後，通過減（jiǎn）速器滿足係統（tǒng）轉矩需（xū）要，整個係（xì）統構成複雜，係統運行的（de）輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控（kòng）製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係（xì）統和減速器，輔助係統少，結構簡單。

　　(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設（shè）定

　　傳統係統先由低速盤車係統（tǒng）起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需（xū）要盤車係統，將轉速提高到三（sān）相感應電機起動條件。直（zhí）驅係統直接變頻低速起動，係統直（zhí）接運行，係統控製簡單（dān）。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸（shū）出，滿足起動需要，取代盤車係統（tǒng）。

　　(4）無減速器，維護成本（běn）更低,維護次數少（shǎo）

　　係統各構（gòu）成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨（mó）減速器（qì）結構複雜需要經（jīng）常維護，維護成本費用高。同時係（xì）統無法實現在低速運行的情況下進（jìn）行（háng）係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控（kòng）製永磁同步電機直接驅（qū）動，控製方便（biàn）。係（xì）統內無減速器，無需額（é）外進行維護（hù），係統維護成本低。同時，係統（tǒng）可實現（xiàn）在電機低速運行情況下進行係統維護。

　　(5）傳動效率高,節能效果明顯

　　綜上采用直驅永磁電機取代（dài）傳統驅動係統（tǒng）年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的（de）優勢（shì）與（yǔ）球磨機直驅係統相同，這裏不再（zài）一（yī）—贅述。

　　2、永磁直驅（qū）立磨結構示（shì）意圖

　　本新型立磨結構采用永（yǒng）磁直驅電機（jī）驅動,提高（gāo）了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行（háng）突破，通過設計一種（zhǒng）雙向（xiàng）載（zǎi）荷扇形模塊機構替代大直徑（jìng）軸（zhóu）承，方便加工、生產、運輸（shū）、裝配、維修，並降低成本（běn）,在工（gōng）程實際中具有很強（qiáng）的實用型。

　　針對大、中（zhōng）、小型（xíng）不同（tóng）尺（chǐ）寸（cùn）的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁（cí）電（diàn）機，代（dài）替傳統的減速機與三（sān）相異步電動機，永磁直驅電機具（jù）有雙向載荷機構與不同的放置位置，均（jun1）能（néng）達到扶正與承壓的作（zuò）用，並且方（fāng）便製（zhì）造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。