1、技術背景

　　傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減（jiǎn）速（sù）裝置以及齒輪結構進（jìn）行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈（liàn）冗長、效率（lǜ）低、機構複雜、運行（háng）維護（hù）工作量大等問題。

　　沈陽工業（yè）大學電機與控製技術（shù）研究所與河南（nán）全（quán）新機電設備有限公司聯合設（shè）計（jì）研發的球磨機、立磨（mó）機采用永磁直驅電機,通（tōng）過將電動機與（yǔ）機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節（jiē），做（zuò）成直驅（qū）方案，能直接滿足荷載的需求，省去（qù）傳統磨機的（de）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（zhuǎn）矩大、過載能力強、係統免維（wéi）護、自動化程度高等優點。

　　在控製方（fāng）麵,本產品電機定子（zǐ）采用（yòng）了（le）模塊（kuài）化設計，不僅降低了加工（gōng）、製造、運輸等難度（dù），還相當於把一個大功率電機做成了多個小（xiǎo）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，但是不增加電（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（lián）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（cóng）而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製係統，大（dà）大提升了電機控製的自由度，球磨機（jī）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。

　　在結構方麵，本產品（pǐn）電機的定子采（cǎi）用了一種自主設（shè）計研發的隨動式結構，將整圓的定子分（fèn）成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定（dìng）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（chǎn）品通過機械結構設（shè）計保證定子與轉子（zǐ）間的間隙（xì）恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永（yǒng）磁直驅電機的小很多，從而大（dà）幅降低電機永磁體用量（liàng），降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接（jiē）拆卸故（gù）障電機，更換新（xīn）的模塊（kuài）電（diàn）機即可正（zhèng）常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響（xiǎng）到生產工期。

　　2、球磨機專用隨動式永磁直驅（qū）電機概述（shù）

　　本產品的隨動（dòng）式定子結（jié）構構成一種“小車結構”，滾筒就（jiù）像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公（gōng）路行駛，公路（lù）的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾（gǔn）筒（tǒng）偏心浮動（dòng）不影響滾（gǔn）輪貼合（hé）滾筒，保證定子、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變、重載（zǎi）震動（dòng）等原因造成電機偏心（xīn）、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨（mó）機始終運行在性（xìng）能（néng）狀態，不必停機檢修。同時電機（jī）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（bú）會發生掃膛現象。

　　本產品（pǐn）電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，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安裝滾輪且滾輪貼合（hé）滾（gǔn）筒來（lái）確定定子與轉子間（jiān）的間隙（xì），定（dìng）子塊徑向外側設有與支撐框架相連（lián）的彈性機構。彈性機（jī）構在球（qiú）磨機滾（gǔn）筒（tǒng）不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機（jī）滾筒向上（shàng）波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶（dài）動定子塊向上移動，上方彈性（xìng）機（jī）構繼續（xù）壓縮（suō）;下方定（dìng）子塊（kuài）在受到永磁（cí）體對其向上的吸引力（lì）的同時，定子塊上的彈性（xìng）機構將其向上頂，保證下方定子塊（kuài）的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進（jìn）行徑向與（yǔ）圓（yuán）周方（fāng）向的移動（dòng），從而保（bǎo）證定子、轉（zhuǎn）子之間的間（jiān）隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子（zǐ）塊在受到（dào）永磁體對其向下的（de）吸引力（lì）的同時，彈性機（jī）構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。

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

　　本（běn）產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的（de）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。相鄰隨動式定子塊間設有（yǒu）固定在支撐框架上的擋（dǎng）板來對定子塊（kuài）進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭（lán）處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。

　　本（běn）產品的隨動式定子塊（kuài）安裝拆卸十分便捷（jié），隻需要沿球（qiú）磨機的徑向依次拆卸（xiè）密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之（zhī）間的連接杆、彈性機構支（zhī）撐架（jià），即（jí）可將定子塊沿徑向（xiàng）拉出，進（jìn）行檢修（xiū）或更換（huàn）新的定子塊。

　　3、采用本產品代替傳（chuán）統磨機的電（diàn）機驅動係統的優點

　　現（xiàn）階段大多數（shù）的球磨機仍采用（yòng）三相感應電動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以及齒輪結構進行驅動。永（yǒng）磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效（xiào）率（lǜ）和功率（lǜ）因數，損耗大大（dà）降低（dī），節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調（diào）速，電機運（yùn）行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動（dòng）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（yǒng）磁直驅（qū），取消了中間的（de）減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統（tǒng）的傳動鏈，直（zhí）驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係（xì）統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係（xì）統（tǒng）的故障率低，維護檢修（xiū）方便，還避（bì）免了傳統（tǒng）設（shè）備因漏油造成環境汙染。

　　由於（yú）本（běn）產品（pǐn）電機定子采用了模塊化設計（jì），不僅降低了加工（gōng），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。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（bú）增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級（jí）絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和（hé）使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時（shí）,完全可以隻運行部（bù）分模塊電機驅動球磨機。

　　傳統電機故障時，會導致電機合成（chéng）磁動勢發生畸變，諧波含量（liàng）增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本（běn）產（chǎn）品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大（dà）提升了電機控製的自由度,可以利用（yòng）其多電機結構和（hé）控製靈活的（de）優勢，在發生（shēng）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（zhèng）常運行。模塊化電機具（jù）有冗（rǒng）餘的模塊數，也可（kě）切除故障子模（mó）塊而控製其（qí）餘正常子模塊降額運行。使用本產（chǎn）品完全（quán）不會因電機發生（shēng）故障而影響到生產工期。

　　球磨（mó）機因加工（gōng）誤差（chà）、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發（fā）生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃（sǎo）膛損壞（huài）電機，實（shí）際生產中常常通過（guò）增加氣（qì）隙大小來預防掃膛（táng），而氣隙增大會導致永磁（cí）體用量增（zēng）加，提高電機製造成本。隨動式定子結（jié）構的模塊電機（jī），能在轉筒（tǒng）偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定（dìng），可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生（shēng）掃膛（táng）現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，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（lǜ）。

　　4、隨動（dòng）式（shì）球磨機裝配示意圖

　　二、永磁直驅立磨技術

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

　　傳統立磨速度單一，工（gōng）況適應能力差。遇到突發事件，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，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外（wài），還增加了速（sù）度調節以（yǐ）快速適應（yīng）係統工作環境，係統反（fǎn）應速度更（gèng）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現大（dà）轉矩輸出，需要額外的盤車（chē）係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電（diàn）網（wǎng）造成過（guò）大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後（hòu），通過減速（sù）器滿足係統轉（zhuǎn）矩需要，整個係統構成複雜（zá），係統運行的輔（fǔ）助設備（bèi）很多。直驅係（xì）統由（yóu）變頻控（kòng）製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需（xū）要，無（wú）需盤車係統（tǒng）和減速器，輔助係統少，結構簡（jiǎn）單。

　　(3）變頻器（qì）軟起動，起動過程隨意設（shè）定

　　傳統係（xì）統先由低速盤車係統起動，待三（sān）相感應（yīng）電機達到起動條件後，軟起動裝（zhuāng）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（xiàn）過載輸（shū）出。在（zài）低速過程（chéng）需要盤（pán）車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻（pín）低（dī）速起（qǐ）動，係統直（zhí）接運行，係統控製簡單。變頻控製（zhì）起動過程可根據實際（jì）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（xū）要，取（qǔ）代盤車係統。

　　(4）無減速器，維護成本更（gèng）低,維護次數少

　　係（xì）統各構成單元均需要（yào）時常檢查和定期維（wéi）護，傳統係統構成單元多。同時（shí）立磨減速器結（jié）構複（fù）雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法（fǎ）實現在低（dī）速運行的情況下進行係統維護。直（zhí）驅係統（tǒng）構成單（dān）元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需（xū）額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現（xiàn）在電機低速運行情況下進行係統維護。

　　(5）傳（chuán）動效率高,節能效果明（míng）顯

　　綜上采用直驅永磁電機取（qǔ）代傳（chuán）統驅動（dòng）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與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述（shù）。

　　2、永磁（cí）直驅立磨結構示（shì）意圖

　　本新型立磨結構采用永磁直驅電（diàn）機驅動,提高了（le）立磨效率。在立磨（mó）扶正軸承與壓力（lì）軸承上進行突破，通過（guò）設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便（biàn）加工、生產、運（yùn）輸、裝配、維（wéi）修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。

　　針對大、中、小型不同尺（chǐ）寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速（sù）機與三相異步電動機，永磁直驅（qū）電機具有雙向載荷機構與不同的放置（zhì）位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且（qiě）方便製造、裝（zhuāng）配維護，節省成本。均（jun1）已申請專 利。