1、技術背景

　　傳統（tǒng）的球磨機（jī）、立磨機大都采（cǎi）用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構（gòu）進行驅動，導致球磨機的傳動係統存（cún）在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜（zá）、運行維（wéi）護工作量大等問題。

　　沈陽工業大學電機與（yǔ）控製技術研究所與（yǔ）河南91视频网機電（diàn）設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通（tōng）過將電動機與機械結構進行（háng）機電一體化設計，取消（xiāo）動力傳輸的中間（jiān）環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的（de）減速機，顯著提高了電機的效率與功率因（yīn）數，具有節能、起動（dòng）轉矩（jǔ）大、過載能力強、係統（tǒng）免維護、自動化程度高等優點。

　　在控製方麵,本產品電機定子采用了（le）模塊化（huà）設（shè）計，不僅降低了（le）加工、製造、運輸（shū）等難度，還相（xiàng）當（dāng）於（yú）把一個（gè）大功（gōng）率電機做成了多個（gè）小功率電機。模（mó）塊化電機的控製技術可以實現（xiàn）降（jiàng）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（bú）必采用高等級絕緣。模塊化電（diàn）機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低（dī）了電機（jī）的供電電壓和使用的變（biàn）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製係統（tǒng），大大提升了（le）電機（jī）控製的自由度，球磨機運行在輕（qīng）載工況（kuàng）時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。

　　在（zài）結（jié）構方（fāng）麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的（de）隨動式結構（gòu），將（jiāng）整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的（de）小扇形塊，通過機械結構（gòu）設（shè）計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定（dìng）子塊（kuài）始終跟隨轉筒運動（dòng）從而保持定子與轉（zhuǎn）子間隙恒定的結構。本產品通過（guò）機（jī）械結構設計保證定子與轉子間的間隙（xì）恒定，電機不會發（fā）生掃膛現（xiàn）象，因此電機的氣隙可以設計的比普（pǔ）通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量（liàng）。當（dāng）模（mó）塊發生故障（zhàng）時，直接（jiē）拆卸故（gù）障（zhàng）電機，更換新的模（mó）塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會（huì）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（zhí）驅電機概述

　　本產品的隨動式定子結構構成一種（zhǒng）“小車結構”，滾（gǔn）筒就像公（gōng）路，定子塊就（jiù）像汽車。滾輪貼合滾（gǔn）筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起（qǐ）伏不影響車（chē）輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾（gǔn）筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤（wù）差、軸承（chéng）磨損（sǔn）、滾筒（tǒng）形變、重載震動等原因造成電（diàn）機偏心、氣隙不（bú）均勻時，仍能正常（cháng）運轉，保證磨機（jī）始終運行在性能狀（zhuàng）態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間（jiān）的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，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隨動式結構（gòu）,基於（yú）模塊化永磁直驅電機，采用獨（dú）立（lì）的扇形定子塊（kuài）結構，其隨動原理是在定子（zǐ）塊的軸向兩側安裝滾輪且滾（gǔn）輪（lún）貼（tiē）合滾筒來確定定子與（yǔ）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。彈性機構在球磨機滾筒不（bú）偏心時處於（yú）半壓縮狀態（tài）,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪（lún），進（jìn）而帶（dài）動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，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外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動（dòng）而進行徑向與圓周方向的移動，從（cóng）而保證定（dìng）子（zǐ）、轉子之間的間（jiān）隙（xì）不變。球（qiú）磨機滾筒向下（xià）複位或繼（jì）續向下波（bō）動，則上方定子塊在受到永磁（cí）體對其向（xiàng）下的吸引力的同時（shí），彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下（xià）壓。

　　本產品彈性（xìng）裝置的壓力（lì）大小可調，對於不（bú）同位置的（de）定子塊設置不同（tóng）的壓力,避免因彈性（xìng）裝（zhuāng）置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。

　　本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電（diàn）機設計采用不（bú）同個數的隨動式定子塊構成一台（tái）模塊電機，一台整圓電機（jī）由多台（tái）模（mó）塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模（mó）塊電機包繞式安裝在球磨機（jī）滾筒（tǒng）上。相鄰隨動式定子塊間設有（yǒu）固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球（qiú）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心及磁鋼。

　　本產（chǎn）品的隨動式定子塊安裝拆卸十（shí）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（gòu）、彈性機構與定子塊之間的（de）連接杆、彈性機構（gòu）支撐架，即可將定子塊（kuài）沿（yán）徑向拉出，進（jìn）行檢修或更換新的定子塊。

　　3、采用本產品代替傳統磨機的電機（jī）驅動係統的優點

　　現階段大多數的球磨機仍采用三相感（gǎn）應電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝（zhuāng）置以及（jí）齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相（xiàng）比（bǐ）優（yōu）勢是它有較（jiào）高的效率和（hé）功率因數（shù），損耗大大降低，節約了能源（yuán）。永磁電機（jī）通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應（yīng）電機則起動相對困難。這些也（yě）是近年來永磁電機應用越來越廣泛的（de）原因。

　　采用永磁（cí）直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪（lún）的傳動環節，縮短係（xì）統的傳動鏈，直驅係統的傳動（dòng）效率將（jiāng）提（tí）升（shēng）至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率（lǜ）不僅得（dé）到大幅提升，而（ér）且直驅係統的（de）故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統（tǒng）設備因漏（lòu）油（yóu）造成環境汙染。

　　由於本產（chǎn）品電機定子采（cǎi）用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把（bǎ）一個大功率（lǜ）電機做成了（le）多個小功率電機。模塊化電機的控（kòng）製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓（yā），但是不增加電機的輸入（rù）電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣，模（mó）塊化電機采用多（duō）台小功率變頻器聯合（hé）供電。這樣設計降低了電機的供電電壓（yā）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（yǐ）隻（zhī）運行部分模塊電機驅動球磨機。

　　傳統電機故障（zhàng）時，會導（dǎo）致電機（jī）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（jiā），無法繼續正（zhèng）常運（yùn）行。而本產品（pǐn）進（jìn）行了模塊化設計，每（měi）個模塊電機（jī）都具有一套獨立的控（kòng）製係（xì）統，大大提升了電機（jī）控製的自由度（dù）,可以利用其（qí）多電機結構和控製靈活的（de）優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化（huà）電機具（jù）有冗餘的（de）模塊數，也可（kě）切除故障子模（mó）塊而控製其餘正常子模塊（kuài）降額運行。使用本產品（pǐn）完全不（bú）會（huì）因電（diàn）機發生故障而影響到生產工期。

　　球磨機因加工誤差（chà）、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變或重載（zǎi）產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電（diàn）機掃膛損壞電機（jī），實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防（fáng）掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造（zào）成本（běn）。隨動式定子結（jié）構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定（dìng）子（zǐ）與轉子（zǐ）之間的間隙（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（táng）現象，同時（shí）因為該隨動（dòng）式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（gèng）長，大體積（jī）球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。

　　4、隨動式球磨機裝配示意圖（tú）

　　二、永磁直驅（qū）立磨技術

　　1、立磨直驅對比（bǐ）於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況（kuàng）多樣性

　　傳統立磨速度單一，工況適應能力差（chà）。遇到突發事件，調整磨鞮高度（dù）來改變係統工作環境，係（xì）統反應速度（dù）慢。永磁同（tóng）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（xì）統工作環境，係統反（fǎn）應速度更快。

　　(2）係統簡單,可（kě）靠（kào）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（yào）額外的盤車係（xì）統滿（mǎn）足立磨的低速起動（dòng）。為保證在電機起動過程（chéng）不對電網造成過大的衝擊，需增（zēng）加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要（yào），整個係統構成複雜，係統（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（bù）電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速（sù）器，輔助（zhù）係統少，結構簡單。

　　(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定

　　傳統係（xì）統先由（yóu）低（dī）速盤車係統起動，待三（sān）相感應電機達到起動條件後（hòu），軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統（tǒng）控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤（pán）車係統，將（jiāng）轉（zhuǎn）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起動，係統直接（jiē）運行，係統控（kòng）製簡單。變頻控製起動過程可根據實際（jì）工況進行調整，以滿足各種工況（kuàng）的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取（qǔ）代盤（pán）車係統。

　　(4）無減速器，維護成本（běn）更低,維護次數少

　　係統各構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（lì）磨減速器結構複雜需要經常維（wéi）護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維（wéi）護。直（zhí）驅係統構（gòu）成單元簡（jiǎn）單，變頻器控製永磁同步電機直接驅（qū）動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係（xì）統（tǒng）可實現在電機低速運行情況下進（jìn）行係統維護。

　　(5）傳動效率高,節能效果（guǒ）明顯

　　綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電（diàn）量達（dá）181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅（qū）係統的優（yōu）勢與球磨機直（zhí）驅係統相同，這裏不（bú）再（zài）一—贅述。

　　2、永磁直驅立磨結構（gòu）示意（yì）圖

　　本新（xīn）型立磨結（jié）構采用永磁直驅電機驅動（dòng）,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓（yā）力軸承上進行突（tū）破，通（tōng）過設計一種雙（shuāng）向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸（zhóu）承，方便加工、生產、運輸（shū）、裝配（pèi）、維修，並降低成（chéng）本,在工程實際中具有很強的實用型。

　　針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種（zhǒng）立磨專（zhuān）用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁（cí）直驅電機具有雙向載荷機構與不（bú）同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。