1、技術背景

　　傳統的球磨機、立磨機大都采用（yòng）三相（xiàng）異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結（jié）構進（jìn）行驅動，導致球磨機的傳（chuán）動係統存在機械（xiè）傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大（dà）等問題。

　　沈陽（yáng）工業大學電機與控製技（jì）術研（yán）究（jiū）所與河南91视频网（xīn）機電設備有限公司聯合設計研發（fā）的球（qiú）磨機、立磨機采用永磁直驅電（diàn）機（jī）,通過將電動機與機械結構進行機電一（yī）體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成（chéng）直驅方案，能直接滿足荷載的需求（qiú），省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的（de）效率與功（gōng）率因數，具有節能、起動轉（zhuǎn）矩大、過（guò）載能力（lì）強、係統免維護、自動化程（chéng）度高（gāo）等優點。

　　在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了（le）加工、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機（jī）。模塊化電機的控製技（jì）術可（kě）以實現（xiàn）降低大功率電機的輸入電壓，但（dàn）是不增加（jiā）電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕（jué）緣（yuán）。模塊化電機（jī）采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具（jù）有一套獨立的控（kòng）製係統，大大提升了電機（jī）控製的自由度，球磨機運行（háng）在輕載工況時，完全可（kě）以隻運行部分模塊（kuài）電機驅動球磨機（jī）。

　　在結構方（fāng）麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小（xiǎo）扇形塊，通（tōng）過機（jī）械結構設（shè）計，確定了一種無論球磨機轉（zhuǎn）筒（tǒng）是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與（yǔ）轉子間隙（xì）恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙（xì）恒定，電機不（bú）會發（fā）生（shēng）掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁（cí）直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產（chǎn）成本，節約（yuē）稀土資源，節能用電量（liàng）。當模塊發（fā）生故（gù）障時，直接拆卸故障電（diàn）機，更換新的模塊電機即可正常（cháng）運行。使用本產品完全（quán）不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期。

　　2、球磨機專用隨（suí）動式永磁直驅（qū）電機（jī）概述（shù）

　　本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒（tǒng）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（tiē）合，即滾（gǔn）筒偏心浮動不影響滾輪（lún）貼合滾筒，保證定子（zǐ）、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載（zǎi）震動等原因造成電（diàn）機（jī）偏心、氣（qì）隙不均勻時，仍能（néng）正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定（dìng）子與轉（zhuǎn）子間的間隙也可以做的更小，減少永（yǒng）磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。

　　本產品電機的定子為（wéi）隨（suí）動式結構,基於（yú）模塊化永磁（cí）直驅電（diàn）機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側（cè）安裝滾輪且滾輪（lún）貼合滾筒來（lái）確定定（dìng）子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架（jià）相連的彈性機構。彈性機構在球磨（mó）機滾筒不偏心時（shí）處於半壓縮（suō）狀態,如果球磨機滾筒（tǒng）向上波（bō）動，轉筒會向上頂定子（zǐ）塊上安裝（zhuāng）的（de）滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下（xià）方定子塊（kuài）在受到永磁（cí）體對其向上的吸引力的同時，定子塊（kuài）上的彈性機構將其向上頂，保（bǎo）證下方定子塊的滾（gǔn）輪（lún）依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟（gēn）隨轉筒波（bō）動而進行徑（jìng）向（xiàng）與（yǔ）圓周方（fāng）向的移動，從而保證定子、轉（zhuǎn）子之間的間（jiān）隙（xì）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（zài）受到永磁體（tǐ）對（duì）其向下的吸引力的同時，彈性機構（gòu）將上方（fāng）其向下壓,下方定（dìng）子塊被轉（zhuǎn）筒向下壓。

　　本產品彈性裝置（zhì）的壓力大（dà）小可調，對於不同位置的定子塊設（shè）置不同的（de）壓（yā）力（lì）,避免因彈性裝置設置（zhì）的壓力過大造成滾（gǔn）輪或（huò）轉筒磨損較快。

　　本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據（jù）不同功率的電機設計采用不同個數（shù）的隨動式定子塊構成一台模塊（kuài）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（yòng）同一個轉子，模塊電機包繞式安（ān）裝在（zài）球（qiú）磨機（jī）滾筒上。相鄰隨動式定子塊間（jiān）設（shè）有固定在支撐框架上的擋板來對（duì）定（dìng）子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板（bǎn）,用於支（zhī）撐安（ān）裝電機（jī）轉子鐵心及磁鋼。

　　本產品（pǐn）的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球（qiú）磨機的徑（jìng）向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間（jiān）的連接杆、彈性機構（gòu）支撐（chēng）架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行（háng）檢修或更換新（xīn）的定子塊。

　　3、采用本產品代替（tì）傳統磨機的電機驅動係統的優點

　　現階段大多數的球磨機仍采（cǎi）用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及（jí）齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢（shì）是它有較高的效率和功率因（yīn）數，損（sǔn）耗（hào）大大（dà）降低，節約了能源。永磁電機通過變（biàn）頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年（nián）來永磁電機（jī）應用越來越廣泛的原因。

　　采用永磁直驅，取消了（le）中間的減速機、聯軸（zhóu）器、及齒（chǐ）輪的傳動環節（jiē），縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至（zhì）少20%。球磨機直驅係統的傳（chuán）動效率不僅得（dé）到大（dà）幅提（tí）升，而且直驅係（xì）統的故障率（lǜ）低，維護檢修方便，還避免了傳統設備（bèi）因漏油造成環（huán）境汙染。

　　由於本產品電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不僅降低了加（jiā）工（gōng），製造，運（yùn）輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電（diàn）機。模（mó）塊化電機的控製技術（shù）可以（yǐ）實現降低大功率電機的輸入（rù）電（diàn）壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機（jī）采用（yòng）多台（tái）小功率變頻器聯合供電。這樣設計（jì）降低了電（diàn）機的供（gòng）電電壓和使用的（de）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（yùn）行部（bù）分模塊電機（jī）驅動球磨機。

　　傳統（tǒng）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，轉矩波動顯著增加，無（wú）法繼續正常運行。而（ér）本（běn）產品進行了（le）模塊化設計，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,可以利用其多電機（jī）結構和控製靈活的優勢（shì），在發生故障時。可（kě）以直接拆卸故障電機更（gèng）換新的模塊電機即（jí）可正常運行（háng）。模塊化電機具有冗餘的模塊數（shù），也可切除（chú）故障子模塊而控製其餘正常子模塊降（jiàng）額運行。使用本產（chǎn）品完（wán）全不會因電（diàn）機（jī）發生故障而影響到生產工期（qī）。

　　球磨機因加工誤差（chà）、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素（sù）會發生轉子偏心現象，偏（piān）心嚴重時還會造（zào）成電機掃膛損壞電（diàn）機，實（shí）際生產中常常通過增（zēng）加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增（zēng）加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊（kuài）電機，能在轉筒偏心時保證定子與（yǔ）轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的（de）更小，減少永磁體用量，電機不會（huì）發（fā）生掃膛現象，同（tóng）時因為該隨動式定子結構（gòu）在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作（zuò）時間更長，大體積球磨機檢（jiǎn）修複雜，降低檢修次數就是提（tí）高生產效率。

　　4、隨動式球磨機裝（zhuāng）配示意圖

　　二、永磁直驅立磨技（jì）術

　　1、立磨直驅對（duì）比（bǐ）於傳（chuán）統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣（yàng）性

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

　　(2）係統簡（jiǎn）單,可靠性高

　　傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足（zú）立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝（chōng）擊，需增加軟起動裝置。三相感應電（diàn）機起動後，通過減速器滿足係統轉（zhuǎn）矩需要，整個（gè）係統構（gòu）成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統（tǒng）由變頻控製係（xì）統控製永磁同步（bù）電機起動，轉矩特性（xìng）滿足（zú）需要，無需盤車係統（tǒng）和減速器，輔助（zhù）係統少，結構簡單。

　　(3）變頻器軟起動，起動過程隨意（yì）設定

　　傳統係統（tǒng）先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動（dòng）三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載（zǎi）輸出。在（zài）低速過程需要盤車係統，將轉（zhuǎn）速提高到三相感應電機起動（dòng）條件。直驅係統（tǒng）直接變頻低速起動，係（xì）統直接運行，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（dī）速可過載輸出（chū），滿足起動需要，取代盤車係統。

　　(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少

　　係統各構成單元均需要時常（cháng）檢查（chá）和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速（sù）器結（jié）構複雜需要經常維護，維護成本費用（yòng）高。同時（shí）係統無法實現在低速運（yùn）行的情（qíng）況下（xià）進行係統維護。直驅（qū）係統構成單元簡單，變頻器控（kòng）製永磁同步（bù）電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額（é）外（wài）進行維護，係統維護成本低（dī）。同時，係（xì）統可實現在電機低速運（yùn）行（háng）情況下進行係統維（wéi）護。

　　(5）傳動效率高,節能效果明顯

　　綜上采用直驅永（yǒng）磁電機取代傳統（tǒng）驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢（shì）與球磨機直驅係統相（xiàng）同，這裏不再一—贅述（shù）。

　　2、永磁直驅立磨結構示（shì）意圖

　　本新（xīn）型立磨（mó）結構采用永（yǒng）磁直驅電（diàn）機驅（qū）動,提高了立磨效（xiào）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（shuāng）向載荷扇（shàn）形（xíng）模塊機構替代大直徑軸（zhóu）承，方便加工（gōng）、生產、運輸、裝配、維修（xiū），並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。

　　針（zhēn）對大、中、小型不同尺寸的立磨（mó），分別（bié）設（shè）計了三種立磨專用永磁（cí）電（diàn）機，代替傳（chuán）統的減速機與三相（xiàng）異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構（gòu）與不同的放置位置，均能達到（dào）扶正與（yǔ）承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申（shēn）請專 利。