1、技術（shù）背景

　　傳統的（de）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（chǐ）輪（lún）結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳（chuán）動鏈冗（rǒng）長、效率低、機構複雜、運行維護（hù）工作量（liàng）大等問題。

　　沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南全新機電設備有限（xiàn）公司聯合（hé）設計研（yán）發的球磨機、立磨機采（cǎi）用永磁直驅電機,通過將電動機（jī）與機械結（jié）構進行機電一（yī）體（tǐ）化設計，取消動力傳輸的中（zhōng）間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需（xū）求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載（zǎi）能力強、係統免維護、自動（dòng）化程（chéng）度高等優點。

　　在控（kòng）製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計（jì），不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還（hái）相當於把一個大功率電機做成了多個小（xiǎo）功率電（diàn）機。模塊化電機的控（kòng）製技（jì）術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但（dàn）是不增加電機（jī）的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等（děng）級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低（dī）了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而（ér）降低成本。每（měi）個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提（tí）升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分（fèn）模（mó）塊電（diàn）機驅動球（qiú）磨機（jī）。

　　在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動（dòng）式結（jié）構，將整圓的定子分成若（ruò）幹個相互存在間隙的小扇形（xíng）塊，通過機械（xiè）結構設計，確定了一種無論（lùn）球磨機轉（zhuǎn）筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從（cóng）而保持定子與轉子間隙恒定的結（jié）構。本產品（pǐn）通（tōng）過（guò）機械結構設計保證定子與（yǔ）轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電（diàn）機的（de）氣隙（xì）可以設計的比普（pǔ）通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降（jiàng）低電機（jī）永磁體用量，降低生（shēng）產成本，節（jiē）約稀土資源，節能用電量。當（dāng）模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的（de）模塊電機即可正常運（yùn）行。使用（yòng）本產品完（wán）全不會因電機（jī）發生故障而影響到生產（chǎn）工期。

　　2、球磨機專用隨（suí）動式永磁直（zhí）驅電（diàn）機概述

　　本產（chǎn）品的隨動式定子結構構（gòu）成一種“小車結（jié）構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼（tiē）合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合（hé），即滾筒（tǒng）偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保（bǎo）證定子、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配誤（wù）差（chà）、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣（qì）隙不均勻（yún）時，仍能正常運轉，保證（zhèng）磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同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，並且因為隨動式（shì）結構，電機不會發生掃（sǎo）膛現象。

　　本產品電機的（de）定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直（zhí）驅電（diàn）機，采用獨立的扇形定子塊結（jié）構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾（gǔn）輪貼合滾筒來確定定子與（yǔ）轉子間的間隙，定子塊（kuài）徑向外側設有與支撐框架相連的彈性（xìng）機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏（piān）心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向（xiàng）上波動，轉筒會向上頂定子塊上（shàng）安裝的滾輪，進（jìn）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）在受到永磁體對其向上的（de）吸引力（lì）的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方（fāng）定子塊的（de）滾（gǔn）輪依（yī）然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周（zhōu）方向的移動，從而保證定子、轉子之（zhī）間的間隙不變。球（qiú）磨（mó）機滾（gǔn）筒向下（xià）複位或繼續向下波動，則上方定子（zǐ）塊在受到永磁（cí）體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上（shàng）方其向下壓,下方定子（zǐ）塊被轉筒向下壓。

　　本產品彈性裝置的壓（yā）力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不（bú）同的壓力,避免因（yīn）彈性裝置設置的壓力過大（dà）造成滾輪或轉筒磨損較快。

　　本產品將永磁電機采用模（mó）塊化控製，根據（jù）不同功率的電（diàn）機設計采用（yòng）不同（tóng）個數的隨動式定子塊構成（chéng）一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子（zǐ）塊間設有固定在（zài）支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐（chēng）安裝電機轉子鐵心及磁鋼。

　　本產品的（de）隨（suí）動式定子（zǐ）塊安（ān）裝拆卸十分（fèn）便捷，隻需要沿球磨（mó）機的徑（jìng）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（gòu）支撐架，即可將定（dìng）子塊沿徑向拉出，進行檢（jiǎn）修或更換新的定子塊。

　　3、采用本產（chǎn）品代替傳統磨機的電機驅動係統（tǒng）的優點

　　現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電（diàn）動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁（cí）同步電機與感應電機相比優勢是（shì）它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低（dī），節約了能源。永磁電機通過（guò）變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應（yīng）速度快，感應電機則起動相對困（kùn）難。這些也是近（jìn）年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。

　　采用永磁（cí）直驅（qū），取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動（dòng）效率將提（tí）升至少20%。球（qiú）磨機直驅（qū）係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護（hù）檢（jiǎn）修方便，還避免了傳統（tǒng）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（kuài）化（huà）設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做（zuò）成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現（xiàn）降低大功率電機（jī）的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣（yuán），模塊化電（diàn）機采用多台小功率（lǜ）變頻器聯合供電。這樣（yàng）設計降低了電機的供電電（diàn）壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低成本。球磨機運（yùn）行在輕載工況時,完全可以隻（zhī）運行部分（fèn）模塊（kuài）電機驅動球磨機。

　　傳統電機故障時，會導致電機合（hé）成磁動勢發生畸（jī）變，諧波含（hán）量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著（zhe）增加，無（wú）法繼續（xù）正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機（jī）都具有一（yī）套獨立的控製係統，大大提（tí）升了電機控製（zhì）的自由度,可以（yǐ）利用其多電機結構和控製靈活（huó）的優勢，在發生故障時。可以直接拆（chāi）卸故障電機更（gèng）換新的（de）模塊電機即可（kě）正常運行。模塊化電（diàn）機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製（zhì）其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全（quán）不會（huì）因電機發生故障而（ér）影響到生產工期。

　　球磨機因加工（gōng）誤（wù）差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變或重載產（chǎn）生震動等因素會發生（shēng）轉子偏心現象，偏心嚴重時還（hái）會造（zào）成電（diàn）機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大（dà）小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，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定（dìng）子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用（yòng）量，電機不會發生掃膛現象（xiàng），同時因為該隨動式定子結（jié）構在偏心時能繼續（xù）正常工作，檢修（xiū）次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生（shēng）產效率。

　　4、隨動式球（qiú）磨機裝（zhuāng）配示意圖

　　二、永（yǒng）磁直驅立磨技術

　　1、立磨直驅對比於傳統感應電（diàn）機的優點( 1）變頻調（diào）速控製，實現（xiàn）負載工況多樣性

　　傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事（shì）件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應（yīng）速度慢。永磁同步（bù）電機采用變頻調速（sù），適（shì）應工況能（néng）力強。遇（yù）到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速（sù）適應係統工（gōng）作環境，係統反應速度更快。

　　(2）係統簡單（dān）,可靠性高

　　傳統係（xì）統因三相（xiàng）感應電機無法（fǎ）在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立（lì）磨的低速（sù）起（qǐ）動。為保證（zhèng）在電機起動過程不對電網造成（chéng）過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三（sān）相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係（xì）統構成複雜（zá），係統運行的輔助設（shè）備很（hěn）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（wú）需盤車係統和減速器（qì），輔助係統少，結構簡單。

　　(3）變頻器軟起（qǐ）動，起動過程隨意設定（dìng）

　　傳統係統先由低（dī）速盤車係統起動，待三相（xiàng）感應電（diàn）機達（dá）到起動條件（jiàn）後，軟起動裝置起（qǐ）動三相感應電機，係統運行。係統控製（zhì）複雜，低速無法實現（xiàn）過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉（zhuǎn）速提高（gāo）到三相感應電機起（qǐ）動條件。直驅係統直接變頻低速（sù）起動，係統直接運（yùn）行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根（gēn）據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可（kě）過載輸（shū）出，滿足起動需要，取代盤車（chē）係統（tǒng）。

　　(4）無減速器，維護成本（běn）更低,維護（hù）次數少

　　係統各構（gòu）成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係（xì）統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經（jīng）常維護，維護成本費用高。同時係統（tǒng）無法實（shí）現在低速運行的情況下進行（háng）係（xì）統維護。直驅係統構（gòu）成單元簡單（dān），變頻器控製永磁同（tóng）步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速（sù）器，無（wú）需額外進行維護，係統維護（hù）成本低。同時，係（xì）統可實（shí）現在電機（jī）低速運行情況（kuàng）下（xià）進行係統（tǒng）維護。

　　(5）傳動效率高,節能效果明顯

　　綜（zōng）上采用（yòng）直驅永磁電機（jī）取代傳統（tǒng）驅動係統年節電量達（dá）181萬（wàn）元。（按（àn）照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨機（jī）直驅係統（tǒng）的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。

　　2、永磁直驅立磨（mó）結構示意圖

　　本新型（xíng）立磨（mó）結構采用永（yǒng）磁直驅電機驅動,提高了（le）立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑（jìng）軸承，方（fāng）便加工、生產（chǎn）、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中（zhōng）具有很強的實用型（xíng）。

　　針對大、中（zhōng）、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳（chuán）統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具（jù）有雙向載荷機（jī）構與不同的（de）放置位置，均能（néng）達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節（jiē）省成本。均已申請（qǐng）專 利（lì）。