1、技術背景

　　傳統的球磨機、立磨機大（dà）都采用三相異步電動機、聯軸器、減速（sù）裝（zhuāng）置以及齒輪結構進（jìn）行驅動，導致球（qiú）磨機（jī）的傳動係（xì）統存（cún）在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問（wèn）題。

　　沈（shěn）陽工業大學電機與控製（zhì）技術研究所與河南麻豆免费版機電（diàn）設（shè）備有限公司聯合設計研發的球磨機（jī）、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機（jī）械結構進行機電一體化設計，取消（xiāo）動力傳輸的（de）中間環節，做成（chéng）直驅方案（àn），能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減（jiǎn）速機，顯著提高了電機的效（xiào）率（lǜ）與功率因數，具有節能、起動轉（zhuǎn）矩大、過載能（néng）力強、係統免維護、自動化程度高等優點。

　　在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）低了加工、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功率電機（jī）做成了多個（gè）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（diàn）機的輸入電壓，但是不增加電機的輸（shū）入電流，電（diàn）機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻（pín）器聯合供電（diàn），這樣設計降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用（yòng）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製係統，大（dà）大提升了電機控製的（de）自由度，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。

　　在結構（gòu）方麵，本產品電機（jī）的定子（zǐ）采用了（le）一（yī）種自主（zhǔ）設計研發的隨動（dòng）式（shì）結構，將整圓（yuán）的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊（kuài），通過機械結構設計，確定了一種無論球磨（mó）機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從（cóng）而（ér）保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品（pǐn）通（tōng）過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，因此電機的氣隙（xì）可以設計的比（bǐ）普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低（dī）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（fā）生故障時，直（zhí）接拆卸故障電機，更換新的模塊電機（jī）即可正常運行。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、球磨機專用隨動式（shì）永磁直驅（qū）電機概述

　　本產（chǎn）品的隨動式定子結構構成（chéng）一種“小車結構”，滾筒就像公（gōng）路（lù），定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響（xiǎng）車輪與地麵貼合，即滾筒偏（piān）心（xīn）浮動不（bú）影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間（jiān）隙恒定，在球磨（mó）機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙（xì）不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在（zài）性能狀態，不（bú）必停機檢修。同（tóng）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（dòng）式結構，電機不會發生掃膛現象。

　　本產（chǎn）品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇（shàn）形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安（ān）裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構（gòu）。彈性（xìng）機（jī）構在球磨機（jī）滾筒不偏心時處於半壓（yā）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（gǔn）輪，進而帶（dài）動定子塊向（xiàng）上移動，上方彈（dàn）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（de）彈性機構將其向（xiàng）上頂（dǐng），保證（zhèng）下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉（zhuǎn）筒波動而進行徑向與圓周方向（xiàng）的（de）移動，從而保證定子、轉子之間的間（jiān）隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的（de）吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定（dìng）子塊被轉筒向（xiàng）下壓（yā）。

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

　　本產品將永磁電機采用模塊化控製（zhì），根據不同功率的電機設（shè）計采用不同個（gè）數的隨動式定子塊構成一台模塊（kuài）電機，一台整圓電機（jī）由（yóu）多台模塊電機構成,多台模塊（kuài）電（diàn）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（jī）滾筒的法蘭處銜（xián）接T型支撐板,用於支撐安裝電（diàn）機轉子鐵心及磁鋼。

　　本產（chǎn）品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻（zhī）需要沿球磨機的徑向依次拆卸（xiè）密封外殼、彈性（xìng）機構、彈性機構（gòu）與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新（xīn）的（de）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用三相感應電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機（jī）相比優勢是它有較高的效（xiào）率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源（yuán）。永（yǒng）磁電（diàn）機通過變頻器進行調速，電（diàn）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（shì）近（jìn）年來永磁電機應用越來越（yuè）廣泛的原因。

　　采（cǎi）用永磁直驅，取消了中間的（de）減速機、聯軸器、及齒（chǐ）輪（lún）的（de）傳（chuán）動環節，縮短係統的傳動（dòng）鏈（liàn），直驅係統的（de）傳動效率將提升至少20%。球磨機（jī）直驅係統的傳動效率不（bú）僅得到大幅提升（shēng），而（ér）且直驅係（xì）統的故障（zhàng）率低，維（wéi）護檢修（xiū）方便，還（hái）避免（miǎn）了傳統設備因漏油造（zào）成環境汙染。

　　由於本產品電機（jī）定子采用了模塊化設計（jì），不僅降低了加工，製造（zào），運輸等難度（dù），還相當於把一個大功率電機做（zuò）成了多個小功率（lǜ）電機。模塊化（huà）電機的控製技術可以實現降低（dī）大功率電機（jī）的輸入電壓，但是（shì）不增（zēng）加電機的輸入（rù）電流，電機不必采用高等級絕（jué）緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合（hé）供（gòng）電。這樣設（shè）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（chéng）本。球磨機運行在輕載工況時,完全（quán）可以隻（zhī）運行部分模塊電機驅動球磨（mó）機。

　　傳統電機故障時（shí），會導致電機合成磁動勢（shì）發生畸變，諧波含量增加，平均轉（zhuǎn）矩下降（jiàng），轉矩波動顯（xiǎn）著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊（kuài）電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,可以利用其多電機結（jié）構（gòu）和控製靈活的優（yōu）勢，在發生故障時。可以直接拆（chāi）卸（xiè）故障電機更換新的模塊電機即可正常運（yùn）行。模塊化電機（jī）具（jù）有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊（kuài）而控製（zhì）其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而（ér）影響（xiǎng）到生產工期。

　　球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子（zǐ）偏心現（xiàn）象，偏（piān）心嚴重時還會造成電機掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產中常常通過增加（jiā）氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造（zào）成本。隨動式定（dìng）子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與（yǔ）轉子之間的（de）間隙恒定，可將氣隙做的更小（xiǎo），減少永（yǒng）磁體用量，電機不會發（fā）生掃膛現象（xiàng），同時因為該隨動（dòng）式定子結構在（zài）偏心時能繼續正常工（gōng）作，檢修（xiū）次數更少，工作時間更長（zhǎng），大體積球磨機檢修複雜，降低檢修（xiū）次（cì）數就是提（tí）高（gāo）生產（chǎn）效率。

　　4、隨（suí）動式球磨機裝配示（shì）意圖

　　二、永磁直驅立磨技（jì）術

　　1、立磨直驅對比於傳（chuán）統感應電（diàn）機的優點( 1）變頻調速控製，實（shí）現負載工況多樣性（xìng）

　　傳統立磨速度（dù）單一，工（gōng）況適應（yīng）能力差（chà）。遇到（dào）突發事件，調（diào）整（zhěng）磨鞮（dī）高度來改變係統工作環境，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，還增加了（le）速度調節以快速適應係統工作環境，係統反（fǎn）應速度（dù）更快。

　　(2）係統簡單,可靠性高

　　傳（chuán）統（tǒng）係統因三（sān）相感應電（diàn）機無法在低速實現大轉（zhuǎn）矩輸（shū）出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起（qǐ）動。為保證在電機起動過程不對電網（wǎng）造成過大的衝擊（jī），需增加（jiā）軟起動（dòng）裝置。三相感應電機起動後，通過減速（sù）器（qì）滿足係統轉矩需要，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（pín）控製係統（tǒng）控製（zhì）永磁同步電機（jī）起（qǐ）動，轉矩特性滿（mǎn）足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構（gòu）簡單。

　　(3）變（biàn）頻器軟起動，起動過程隨意設定

　　傳統係統先由低速盤車係統起（qǐ）動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應（yīng）電機，係統運行。係（xì）統控製複雜，低速無法實（shí）現過（guò）載輸出。在低速過程需要（yào）盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動（dòng）條件（jiàn）。直驅係統直接變頻低速起動，係統（tǒng）直接運（yùn）行，係統控製簡（jiǎn）單（dān）。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可（kě）過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統（tǒng）。

　　(4）無減速器，維護成本更（gèng）低,維護次（cì）數少

　　係統各構成單元均（jun1）需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常（cháng）維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速（sù）運行的情況下進（jìn）行係統維護。直驅係統構成單元簡單（dān），變頻器（qì）控製永磁（cí）同步（bù）電機直接驅動，控製方（fāng）便。係統內無減速器，無需額（é）外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行（háng）情況下進行係（xì）統維護。

　　(5）傳動效率（lǜ）高,節能效果明顯

　　綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢（shì）與球磨機直驅係統相同（tóng），這（zhè）裏不（bú）再一—贅述。

　　2、永磁（cí）直驅立磨結構示意圖

　　本新型立磨結構采用永（yǒng）磁直（zhí）驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正（zhèng）軸承與壓力軸承上進（jìn）行（háng）突破，通過設計（jì）一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程（chéng）實際中具有很強的（de）實用型。

　　針對大、中、小型不同（tóng）尺寸的（de）立磨（mó），分別設（shè）計了三種立磨專用永磁電機，代替（tì）傳統的減速機（jī）與三相異步電動機，永磁直（zhí）驅電（diàn）機具有雙向載荷機構與不同的放置位置（zhì），均能達到扶正（zhèng）與承壓的作（zuò）用，並且方便製造、裝配維護，節省（shěng）成本。均已申請專 利。