1、技術背景

　　傳（chuán）統的球磨機、立磨機（jī）大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進行驅（qū）動，導致球（qiú）磨機（jī）的傳（chuán）動係統存在機械傳動（dòng）鏈冗長、效率低、機構複（fù）雜、運行維護工作量大等問題。

　　沈陽工（gōng）業大學電機與控製技術研究所與河南春梦直播機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機（jī）采用永磁直驅電（diàn）機,通過將電動機與機（jī）械結（jié）構進行機電一體（tǐ）化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直（zhí）驅方（fāng）案，能直接（jiē）滿足荷載的需求，省去（qù）傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率（lǜ）因數，具有節能、起動轉矩大、過載（zǎi）能力強、係統免維護、自動化（huà）程度高等優點。

　　在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化（huà）設計，不僅（jǐn）降低了（le）加工、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功率（lǜ）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大功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加（jiā）電（diàn）機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣（yàng）設計（jì）降（jiàng）低了電機的供電電壓和使用的變（biàn）頻（pín）器容量，從而降低成本。每個模（mó）塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製係統，大大提升了電機控製的（de）自由度，球磨機運行在輕載工況時，完（wán）全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機（jī）。

　　在結構方麵，本產品電機的定子（zǐ）采用（yòng）了一種自主設（shè）計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹（gàn）個相互存（cún）在間隙的小（xiǎo）扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉（zhuǎn）筒（tǒng）是否震動或（huò）偏心（xīn），定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構（gòu）設計保（bǎo）證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生（shēng）掃膛現象，因（yīn）此電機的氣隙可以設計（jì）的比普通永磁直驅（qū）電機的小很多，從而大幅降（jiàng）低電機永磁體用量，降低生產（chǎn）成本，節約稀（xī）土資源，節能用電量。當（dāng）模塊發生故障時，直接（jiē）拆（chāi）卸故障電機，更換新的模塊電機即可（kě）正常運行。使用（yòng）本產品完全不會因電機發生故（gù）障而（ér）影響（xiǎng）到生產工期。

　　2、球磨機專（zhuān）用隨動式永磁直（zhí）驅電機概述

　　本產品的隨動（dòng）式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子（zǐ）塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公（gōng）路（lù）行駛，公路的起伏不（bú）影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪（lún）貼（tiē）合滾筒，保證定子、轉子間隙恒（héng）定，在球磨機因裝（zhuāng）配誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變、重載震動（dòng）等原因造成電（diàn）機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運（yùn）轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不（bú）必停機檢修。同（tóng）時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（qiě）因（yīn）為（wéi）隨動式（shì）結構，電（diàn）機不會發生掃膛（táng）現象。

　　本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用（yòng）獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定（dìng）子塊（kuài）的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定（dìng）子與轉子（zǐ）間的（de）間隙，定子（zǐ）塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機（jī）構。彈性機構在（zài）球磨機滾筒不偏（piān）心時處於半壓縮狀態,如（rú）果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的（de）滾輪，進（jìn）而帶動（dòng）定子塊向上（shàng）移動，上方彈（dàn）性機構（gòu）繼續壓縮;下方定子塊在受到永（yǒng）磁體（tǐ）對其向上（shàng）的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒（tǒng）外（wài）表麵，使定子（zǐ）塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保（bǎo）證定子（zǐ）、轉子之間（jiān）的間隙不變。球（qiú）磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到（dào）永磁體對其向下（xià）的吸引力的同時，彈性機構將上（shàng）方其向下壓,下方（fāng）定子塊被轉筒向（xiàng）下（xià）壓。

　　本產品彈性裝（zhuāng）置的壓力大小可調，對於不（bú）同（tóng）位置的定子塊設置（zhì）不同的壓力,避免因彈性裝置設（shè）置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損（sǔn）較快。

　　本（běn）產品（pǐn）將（jiāng）永磁電機采用（yòng）模塊（kuài）化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構（gòu）成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包（bāo）繞式安裝（zhuāng）在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進（jìn）行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法（fǎ）蘭（lán）處銜接T型支撐板,用於支撐（chēng）安裝電機轉（zhuǎn）子鐵心及磁鋼。

　　本產品的隨動（dòng）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（dàn）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（dìng）子（zǐ）塊沿徑向拉出，進行檢修或（huò）更換（huàn）新的（de）定子塊。

　　3、采用本產品代（dài）替傳統磨機的電機（jī）驅動係統（tǒng）的優點

　　現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動（dòng）。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它（tā）有較高的效率和（hé）功率因（yīn）數，損耗大大（dà）降低，節約了能源。永磁電（diàn）機（jī）通過變頻器進（jìn）行調速，電機運行平穩，係（xì）統響應速度快，感（gǎn）應電（diàn）機則起（qǐ）動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來（lái）越廣泛的原因。

　　采用永（yǒng）磁直驅，取消（xiāo）了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節（jiē），縮短係統的傳動鏈（liàn），直驅係統（tǒng）的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效（xiào）率（lǜ）不僅得到大幅提升（shēng），而且直驅係（xì）統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備（bèi）因漏油造成環境（jìng）汙（wū）染。

　　由於本（běn）產品（pǐn）電機定子采（cǎi）用了模塊化設計（jì），不僅降（jiàng）低了加工，製（zhì）造，運輸等（děng）難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電（diàn）機的控製技術可以（yǐ）實（shí）現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸（shū）入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣，模塊化電（diàn）機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了（le）電（diàn）機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況（kuàng）時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機（jī）。

　　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（jǔ）波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一（yī）套獨立的控製係統，大大提（tí）升了電（diàn）機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製（zhì）靈活的優勢，在發生故障時。可（kě）以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常（cháng）運行。模塊（kuài）化電機具有冗（rǒng）餘（yú）的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降（jiàng）額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到（dào）生產工期。

　　球磨機因加工誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉（zhuǎn）子偏（piān）心現（xiàn）象，偏心嚴重時還會造成（chéng）電機掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增（zēng）大會導致永（yǒng）磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證（zhèng）定子與轉子之（zhī）間的間（jiān）隙（xì）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（suí）動式（shì）定子結構在偏心時能繼續正常（cháng）工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜（zá），降低（dī）檢修次數就是提高生產效率。

　　4、隨動式球磨機裝配示意圖

　　二、永磁直驅立磨技術

　　1、立磨直（zhí）驅對比於傳統感應電機的優（yōu）點( 1）變頻調速控製，實現負（fù）載工況多（duō）樣性

　　傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高（gāo）度來改變係統工作（zuò）環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發（fā）事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以（yǐ）快速適應係統工作環境，係統反（fǎn）應速度更快。

　　(2）係統簡單,可靠性高

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

　　(3）變（biàn）頻器（qì）軟起動，起動過程隨意設定

　　傳統係統先由（yóu）低速（sù）盤車係統起動，待三相（xiàng）感應電機達到起動條件後，軟起動（dòng）裝置（zhì）起動三相感應（yīng）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（chéng）需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直（zhí）驅係統直接變頻低速（sù）起動，係統（tǒng）直接運行，係統控製簡單。變頻（pín）控製起動過程可根據實際工況（kuàng）進行（háng）調整，以（yǐ）滿足（zú）各種工況（kuàng）的需（xū）求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤（pán）車係統。

　　(4）無減（jiǎn）速器，維護成本更低,維（wéi）護次數少

　　係統（tǒng）各構成單元均需要時常檢查和定期維（wéi）護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維（wéi）護（hù）成本（běn）費用高。同時係統無法實（shí）現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係（xì）統構成單元（yuán）簡單，變頻器控製永磁（cí）同步電機直接驅動，控製（zhì）方便。係統內無減速器，無需（xū）額（é）外進行維護，係（xì）統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運（yùn）行情況下進行係統維護。

　　(5）傳動效率（lǜ）高,節能效果明顯

　　綜上采用直驅永磁電機（jī）取代傳（chuán）統驅（qū）動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤（kūn）磨機直驅係統的優勢（shì）與球磨機直驅係統相同，這裏不再一（yī）—贅述。

　　2、永磁直驅立磨結構示意圖

　　本新型立磨結構采用永磁直驅電機（jī）驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承（chéng）上進行突（tū）破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替（tì）代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配（pèi）、維修，並降低成本（běn）,在工程實際中具有很（hěn）強的實用型。

　　針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了（le）三種立（lì）磨專用永磁電機，代（dài）替傳統的減速機與（yǔ）三相異步（bù）電動機，永磁直驅電機具有雙（shuāng）向載荷（hé）機構與不（bú）同（tóng）的放置位置（zhì），均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護（hù），節省成本。均已申請（qǐng）專 利。