1、技術背景

　　傳統的球（qiú）磨機、立磨機大都采用三相異步電動機（jī）、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進行驅動，導致（zhì）球磨機的傳動係（xì）統（tǒng）存在機械傳動鏈冗長、效率低（dī）、機構複雜、運行維護工作量大等問（wèn）題。

　　沈陽工（gōng）業（yè）大學電機與（yǔ）控製技術（shù）研究所與河南春梦直播機電設備有限公司聯合（hé）設計研（yán）發的（de）球磨（mó）機、立磨機（jī）采（cǎi）用永磁直驅（qū）電機,通過（guò）將電動（dòng）機與機（jī）械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案（àn），能（néng）直接（jiē）滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提（tí）高了電機的（de）效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。

　　在控製方麵,本（běn）產品電機定子采用了模塊化（huà）設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當於把一（yī）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。模塊化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電，這（zhè）樣設計降低了電機的（de）供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套（tào）獨立（lì）的（de）控製係統（tǒng），大大提升了電（diàn）機控製的自由（yóu）度，球磨機運行在輕載工況時，完全（quán）可以隻運行部分模塊電機驅動（dòng）球磨機。

　　在結構方（fāng）麵，本產品（pǐn）電（diàn）機的定子采用了（le）一種自主設計研發的隨（suí）動（dòng）式結構（gòu），將整圓的（de）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（zǐ）塊（kuài）始終跟隨轉筒運動從而保（bǎo）持定子（zǐ）與轉子（zǐ）間隙恒定的結構。本產（chǎn）品通（tōng）過機械結構設計（jì）保證定子與轉子間的間隙（xì）恒定，電機不會（huì）發生掃膛現象，因此電機的氣隙可（kě）以設計的比普通（tōng）永磁直（zhí）驅電機的小很多，從而大（dà）幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源（yuán），節能（néng）用電量。當模塊發生（shēng）故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常（cháng）運行。使用本產品完全不會因（yīn）電機發生故（gù）障（zhàng）而影響到（dào）生產工期。

　　2、球磨機專用隨動式永磁（cí）直驅電機概述

　　本產品的隨動式定子結構構成一種（zhǒng）“小車（chē）結構”，滾筒就像（xiàng）公路，定子塊就像汽（qì）車。滾輪貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不（bú）影響滾（gǔn）輪（lún）貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心（xīn）、氣隙不均（jun1）勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終（zhōng）運行在性能狀（zhuàng）態，不必（bì）停機檢修。同（tóng）時電機定子（zǐ）與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機（jī）不會發生掃膛現象。

　　本產品（pǐn）電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直（zhí）驅電機，采用獨立的扇（shàn）形定子塊結構，其（qí）隨動原理（lǐ）是在定子塊的軸向（xiàng）兩側安裝滾輪且滾輪貼合（hé）滾筒來確定定子與轉子（zǐ）間的（de）間隙，定子塊徑向外側設有與支（zhī）撐框（kuàng）架相連的彈性機構（gòu）。彈性機構在（zài）球磨機滾筒不偏心時處於（yú）半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安（ān）裝的滾輪，進而帶動定子塊向（xiàng）上移動，上方（fāng）彈性機構繼續壓縮;下方（fāng）定子塊在受到永磁體對其（qí）向上的吸引力的同（tóng）時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊（kuài）的滾輪依然（rán）貼合轉筒外（wài）表麵，使定子塊跟隨（suí）轉筒波動而進行徑向與圓（yuán）周方（fāng）向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒（tǒng）向下複位或繼續向下波（bō）動，則（zé）上方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（yā）,下方（fāng）定子塊被轉筒向下壓。

　　本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定（dìng）子（zǐ）塊（kuài）設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的（de）壓力過大造成滾輪（lún）或（huò）轉筒磨損較快。

　　本產品將（jiāng）永磁電機采用模塊化控製，根（gēn）據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊（kuài）構成一台（tái）模塊電機，一（yī）台整圓電機由多（duō）台模塊電機（jī）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）裝在球磨機滾筒上。相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向的限位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處（chù）銜接T型支（zhī）撐（chēng）板（bǎn）,用於支撐安裝電機轉（zhuǎn）子（zǐ）鐵心及磁鋼。

　　本產（chǎn）品的隨動式定（dìng）子塊安裝拆卸十（shí）分便（biàn）捷，隻需要沿球磨機的徑向依次（cì）拆卸密封外殼、彈性機（jī）構（gòu）、彈性機構與定子（zǐ）塊之間的連（lián）接杆（gǎn）、彈性（xìng）機構支撐架（jià），即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。

　　3、采用（yòng）本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優（yōu）點

　　現階段大多數的球磨機仍采用三（sān）相感應電動機、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結構進行（háng）驅動。永（yǒng）磁同（tóng）步電機（jī）與感應電機相比優勢是它有較（jiào）高的效（xiào）率（lǜ）和功率因（yīn）數，損耗大大降低（dī），節約（yuē）了（le）能源。永磁（cí）電機通（tōng）過變頻器進行調速，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（shì）近年來永磁電機應用（yòng）越來越廣泛的（de）原因。

　　采（cǎi）用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節（jiē），縮短係統的（de）傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至（zhì）少20%。球（qiú）磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅（qū）係統（tǒng）的（de）故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因（yīn）漏油造成環境汙染（rǎn）。

　　由於本產品電（diàn）機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運（yùn）輸等難度，還相當於把一個（gè）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（diàn）機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等（děng）級（jí）絕（jué）緣，模塊化電機采用多台小功率變（biàn）頻器聯合供電。這（zhè）樣設計降低了電機的供電（diàn）電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨（mó）機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機（jī）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，諧波含量增加，平均轉矩（jǔ）下降，轉矩波動顯（xiǎn）著增加，無法繼續正常（cháng）運行。而本產品進行了（le）模塊化設計，每（měi）個模（mó）塊電機都（dōu）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構（gòu）和控製靈活的優勢，在（zài）發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新（xīn）的模（mó）塊電機即可正常（cháng）運行。模塊化電機具有冗餘的模塊（kuài）數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常（cháng）子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工（gōng）期。

　　球磨機因加工（gōng）誤差、軸承磨損、滾筒形變或重（chóng）載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機掃膛損壞電機（jī），實際生產中常常通過（guò）增加氣隙大（dà）小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提（tí）高電機製造成本。隨動式定子結（jié）構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙（xì）恒定，可將（jiāng）氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不（bú）會發生（shēng）掃膛現象，同時因為（wéi）該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修（xiū）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生產效率。

　　4、隨動式球磨機裝配示意圖

　　二、永磁（cí）直驅立磨技術

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

　　傳（chuán）統立磨（mó）速度單一（yī），工（gōng）況適應（yīng）能力差。遇到（dào）突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機（jī）采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除（chú）調整磨輾高度外，還增加（jiā）了速度調節以快速適應（yīng）係統工作環境，係統反應速度更快。

　　(2）係統簡單,可靠性高

　　傳（chuán）統係統因三相感應電機（jī）無法在低速實現大轉矩輸出（chū），需（xū）要額外（wài）的盤車係統（tǒng）滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動（dòng）過（guò）程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起（qǐ）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，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變（biàn）頻控製係統控製永（yǒng）磁同步（bù）電機起動，轉（zhuǎn）矩特性滿足需要，無需盤車係統（tǒng）和減速器，輔助係統少（shǎo），結構簡單。

　　(3）變頻器軟起動，起動（dòng）過程隨（suí）意設定

　　傳統係統先由低速盤車係（xì）統起（qǐ）動，待三相感（gǎn）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（tǒng）控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要（yào）盤車係統，將轉速提高（gāo）到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速（sù）起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製（zhì）起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況（kuàng）的（de）需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車（chē）係統。

　　(4）無減（jiǎn）速器，維護成（chéng）本更低,維護次數少

　　係統各構（gòu）成單（dān）元均（jun1）需要時（shí）常檢查（chá）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維護（hù），維護成本（běn）費用（yòng）高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統（tǒng）構成單（dān）元簡單，變頻器控（kòng）製永（yǒng）磁同步電機直接驅（qū）動，控製方便（biàn）。係統內（nèi）無減速（sù）器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低（dī）速運行情況下進行係統維護。

　　(5）傳動效率高,節能效果（guǒ）明顯

　　綜上采用直驅永（yǒng）磁電機取代傳統驅動（dòng）係統年節電量達181萬（wàn）元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式（shì）鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係（xì）統相同，這裏（lǐ）不再一—贅述。

　　2、永磁直驅立磨結構示意圖

　　本新（xīn）型（xíng）立磨結構采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力軸承上進（jìn）行突破，通過設計一種雙向載荷扇（shàn）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,在工程實際中（zhōng）具有很（hěn）強的實用型。

　　針對大、中（zhōng）、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種（zhǒng）立磨專用（yòng）永磁電機，代替傳統的減速（sù）機與（yǔ）三相異步電動機（jī），永磁直驅電機（jī）具有雙（shuāng）向載荷機構（gòu）與不同的放（fàng）置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便（biàn）製造、裝配維護，節省成本。均已申請（qǐng）專 利。