1、技術（shù）背景

　　傳統（tǒng）的（de）球磨機、立磨機大（dà）都采用三相異步（bù）電動機、聯軸（zhóu）器、減（jiǎn）速（sù）裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率（lǜ）低、機構（gòu）複雜、運行維護工作量大等問（wèn）題。

　　沈陽工業大學電機（jī）與控（kòng）製技術研究所與河南全（quán）新機電設備有限（xiàn）公司聯（lián）合設計研（yán）發的球磨機、立磨機采用（yòng）永（yǒng）磁直驅電機,通過將電動機與機械結構（gòu）進（jìn）行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能（néng）直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了（le）電機的效率與功率（lǜ）因數，具有節能、起動轉矩大、過（guò）載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。

　　在控製方（fāng）麵,本產品電機定子采用了（le）模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個大功（gōng）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（shí）現降低大（dà）功率電（diàn）機的輸入（rù）電壓（yā），但（dàn）是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等（děng）級絕（jué）緣。模塊化電機（jī）采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了（le）電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低（dī）成本。每（měi）個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升（shēng）了電機控製的自（zì）由度，球磨機運行在（zài）輕（qīng）載工況時，完全可以隻運（yùn）行部分模（mó）塊電機驅動（dòng）球磨機。

　　在結構方麵，本產品電機的定（dìng）子采用了一種自主設計研發（fā）的隨動式結構，將整（zhěng）圓的定子分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，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子（zǐ）間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間（jiān）隙恒定，電機不會發生（shēng）掃膛現象，因（yīn）此電機的氣（qì）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。當模塊發生故障時，直（zhí）接拆卸故障電機（jī），更換新的模塊電機即可正常運（yùn）行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。

　　2、球磨機（jī）專用隨動式永磁直驅電機概述

　　本（běn）產品（pǐn）的隨動（dòng）式定子結構構成一種（zhǒng）“小車結構”，滾筒就（jiù）像公路，定子塊就像汽車（chē）。滾輪貼合（hé）滾筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在公路行駛，公路的起伏（fú）不影響車輪與地麵貼合，即滾（gǔn）筒偏心浮動不影響（xiǎng）滾（gǔn）輪貼合滾筒，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、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙（xì）不均勻時，仍（réng）能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態（tài），不必停（tíng）機檢修。同時（shí）電機定子與轉（zhuǎn）子間的間隙也可以（yǐ）做的更（gèng）小，減少永（yǒng）磁體用量，並且因（yīn）為隨動式結構，電（diàn）機不會發生掃膛現象。

　　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，采用獨立的（de）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滾筒來確定（dìng）定子與（yǔ）轉子間的間隙，定子塊徑向外（wài）側設有與支（zhī）撐框（kuàng）架相連的彈性機（jī）構。彈性機構（gòu）在球磨機滾（gǔn）筒不偏（piān）心時處於半壓（yā）縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂定子塊（kuài）上（shàng）安裝的滾輪，進而帶動定子塊（kuài）向上移動，上方彈性機構繼續壓（yā）縮;下方定子塊在（zài）受到永磁體對其向上的（de）吸（xī）引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向（xiàng）上頂，保證下（xià）方定子塊的滾輪依然貼合轉筒（tǒng）外表麵，使定子塊跟隨轉（zhuǎn）筒波動而進行徑向（xiàng）與圓周方向的移（yí）動，從而（ér）保證定（dìng）子、轉（zhuǎn）子之間（jiān）的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方（fāng）定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方（fāng）定子塊被轉筒向下壓。

　　本產品彈性裝置的壓力大小（xiǎo）可調（diào），對於不同位置的定子塊設置不同（tóng）的壓力,避免因彈性裝（zhuāng）置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較（jiào）快。

　　本（běn）產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同（tóng）功率的電機設計采用不（bú）同個數的（de）隨動式（shì）定子塊構成一（yī）台模塊電機，一台整（zhěng）圓（yuán）電（diàn）機由（yóu）多台模塊電機構（gòu）成（chéng）,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊（kuài）電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相（xiàng）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行圓周方（fāng）向的限位。球磨（mó）機滾筒的法蘭處（chù）銜接T型（xíng）支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。

　　本產品的隨動式定子（zǐ）塊安裝拆卸（xiè）十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、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）子塊沿徑向拉出，進行檢（jiǎn）修或（huò）更換新的定子塊。

　　3、采用本產品代替傳統（tǒng）磨機的電機驅動係統的（de）優點

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

　　采用永磁直驅，取消了中（zhōng）間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升（shēng）至少20%。球（qiú）磨機（jī）直（zhí）驅係統的（de）傳動效率不僅得到（dào）大幅提升，而且直驅（qū）係統的故（gù）障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。

　　由於本產品電（diàn）機定子采用了（le）模塊化（huà）設（shè）計（jì），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（shū）入電（diàn）壓，但是（shì）不增加（jiā）電機的輸入電流，電機不必采用高（gāo）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。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。

　　傳統電機故障時，會導（dǎo）致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量（liàng）增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法（fǎ）繼續正常運行。而本產品進行了模（mó）塊化（huà）設計，每個模塊（kuài）電機都具有（yǒu）一套獨立的（de）控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多（duō）電機結構和（hé）控製靈活的優勢，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。模塊化電機具有冗餘的（de）模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊（kuài）降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期。

　　球磨機因加工誤差、軸承（chéng）磨損、滾（gǔn）筒形（xíng）變或重載產生震動等因（yīn）素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產（chǎn）中常常通過增加氣隙大小來（lái）預防（fáng）掃膛，而氣隙（xì）增（zēng）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子與轉（zhuǎn）子（zǐ）之間的間隙恒定，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（tóng）時因為該隨動式定子結構在偏心時能（néng）繼續正常工作，檢（jiǎn）修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢（jiǎn）修複雜，降低檢修次數就是提高（gāo）生（shēng）產效率。

　　4、隨動式球磨機裝配（pèi）示意圖

　　二、永磁直驅立磨技術

　　1、立磨直（zhí）驅對比（bǐ）於傳統感（gǎn）應電機的（de）優點( 1）變頻（pín）調速控製，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。遇到突發事件，調整磨鞮高（gāo）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（cǎi）用變頻調速，適應（yīng）工（gōng）況能力強。遇到突發事（shì）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（zuò）環境，係（xì）統反應速度（dù）更快。

　　(2）係（xì）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轉（zhuǎn）矩輸出，需要額外的（de）盤車係統滿足立磨（mó）的低速起動。為保證在電機起動過程不對電（diàn）網造（zào）成（chéng）過大的衝（chōng）擊（jī），需增加軟起動裝置。三相感應（yīng）電機起動後（hòu），通過減（jiǎn）速器滿足係統轉矩需要，整個（gè）係統構成複雜，係統運行的（de）輔（fǔ）助設備很多。直驅係統由（yóu）變頻控製係統控製永磁同（tóng）步電機起動（dòng），轉矩特性滿足需要，無需盤（pán）車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。

　　(3）變頻器軟起動，起（qǐ）動過程隨意設定

　　傳統係統先（xiān）由（yóu）低（dī）速盤車係統（tǒng）起動，待三相感應電（diàn）機達到起動條件後（hòu），軟起動裝置起動（dòng）三相感（gǎn）應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過（guò）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。直驅係統直（zhí）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（háng）調整，以滿足各種工況的需（xū）求（qiú）。低速可過載輸出，滿（mǎn）足起動需（xū）要，取代盤車係統。

　　(4）無減（jiǎn）速器（qì），維護成本更低,維護（hù）次數少

　　係統各構成單元均需要時（shí）常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時（shí）立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時（shí）係（xì）統無法實（shí）現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻（pín）器控製永磁同步電機直接驅動（dòng），控製方便。係統內無減速器，無（wú）需額外進行維護，係統維護成本低。同（tóng）時，係統（tǒng）可實現在（zài）電機低速運行情況下進行係統維護。

　　(5）傳動效率高,節能效果明顯

　　綜上采用直（zhí）驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立（lì）式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統（tǒng）相同，這裏不（bú）再一—贅述。

　　2、永磁直驅立磨結構示意圖

　　本新（xīn）型立磨結構采（cǎi）用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓（yā）力軸承（chéng）上（shàng）進行突破，通過設（shè）計（jì）一種雙向載（zǎi）荷扇形模塊機構（gòu）替代大直徑軸（zhóu）承，方便加工、生（shēng）產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在（zài）工程實際中具（jù）有很強（qiáng）的實用型。

　　針對大、中（zhōng）、小型（xíng）不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨（mó）專（zhuān）用永磁電機，代替傳統的減（jiǎn）速機（jī）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（jiē）省（shěng）成本。均已申請專 利。