1、技（jì）術背景（jǐng）

　　傳（chuán）統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒（chǐ）輪結（jié）構進行驅動（dòng），導（dǎo）致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護（hù）工作量大等問題。

　　沈陽工業大學電機與控製技術（shù）研究所與河南春梦直播機（jī）電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機電一體（tǐ）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（jiē）滿足荷載的需求，省去（qù）傳統磨機的減速機（jī），顯著提高了電機的效率與功率因（yīn）數，具有節能、起（qǐ）動轉（zhuǎn）矩大、過（guò）載能力強、係（xì）統免維（wéi）護、自動化程度高等優（yōu）點。

　　在控製方（fāng）麵,本（běn）產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）當於把（bǎ）一個大功（gōng）率電機做成了多（duō）個（gè）小功率電機。模塊化電機的控製（zhì）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（diàn）機的輸入（rù）電流，電機不必采（cǎi）用高等級絕（jué）緣。模塊化電機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供（gòng）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。每個模（mó）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（zhì）的自由度（dù），球（qiú）磨機運行在輕載（zǎi）工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。

　　在結構方麵，本產品電機的定子（zǐ）采（cǎi）用了一種自（zì）主設計研發的隨動式結（jié）構，將（jiāng）整圓的定（dìng）子分成若幹個相互存在間隙的小（xiǎo）扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉（zhuǎn）筒是否震（zhèn）動或偏心，定子（zǐ）塊始終跟隨轉筒運動從而保（bǎo）持定子與（yǔ）轉子間隙恒（héng）定的結構。本產品通過機械結構設計保（bǎo）證定子與轉子間的間隙（xì）恒（héng）定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的（de）比普通永磁直驅（qū）電（diàn）機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用（yòng）量（liàng），降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量（liàng）。當模（mó）塊（kuài）發生故障時，直接拆（chāi）卸故障電機，更換新的模塊電（diàn）機即可正常運行。使用本產品（pǐn）完全不會因（yīn）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電（diàn）機概述

　　本產品的隨動（dòng）式定子結構構成一種“小車結（jié）構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合（hé）滾筒旋轉相當（dāng）於汽車在公路（lù）行駛，公路的起伏（fú）不影（yǐng）響車輪與（yǔ）地（dì）麵貼合，即滾筒偏心浮動不影（yǐng）響（xiǎng）滾輪貼合滾筒，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（zhèn）動等原因造成電機（jī）偏（piān）心、氣隙（xì）不均勻時，仍能正常運（yùn）轉，保證磨機始終運行在性能狀態，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（yīn）為隨動式（shì）結構，電機（jī）不會發生掃膛現象。

　　本產品電機的定子為隨動式結構,基於（yú）模塊化永磁直驅電（diàn）機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動（dòng）原理是在定子塊的軸向（xiàng）兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定（dìng）定（dìng）子與轉子（zǐ）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。彈性機構（gòu）在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（xiàng）上波動，轉筒會（huì）向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈（dàn）性機構繼續（xù）壓縮;下（xià）方定子塊在受到永磁體對其（qí）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（gǔn）輪依然貼合轉筒外表麵，使（shǐ）定子塊（kuài）跟隨轉筒波動而進行徑（jìng）向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變（biàn）。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（xiàng）下的吸（xī）引力（lì）的同（tóng）時，彈性機構（gòu）將上方其（qí）向（xiàng）下壓（yā）,下方定子塊被轉筒向下壓。

　　本產品彈性裝置的壓力大小可（kě）調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈（dàn）性裝置（zhì）設置的壓力（lì）過大造成滾輪或轉筒磨（mó）損較快。

　　本（běn）產（chǎn）品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設（shè）計采用不同個（gè）數的（de）隨動式定（dìng）子塊（kuài）構成一台模塊電機，一（yī）台整圓（yuán）電機由多台（tái）模塊電機構成,多台模塊電機共用（yòng）同一個轉（zhuǎn）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固定（dìng）在支撐框架上的擋板來對（duì）定子塊（kuài）進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法（fǎ）蘭（lán）處銜接T型支撐（chēng）板,用於支撐安裝電（diàn）機轉子鐵心及磁鋼。

　　本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨（mó）機的徑向依次（cì）拆卸密（mì）封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間（jiān）的連接杆、彈性（xìng）機構支撐（chēng）架，即可（kě）將定子（zǐ）塊沿徑向拉出，進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、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步（bù）電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗（hào）大大降低，節約了能源。永磁電機通過變（biàn）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。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣（guǎng）泛的原因。

　　采用永磁直（zhí）驅，取消了中間的減速機、聯軸（zhóu）器、及齒（chǐ）輪的傳動（dòng）環節，縮短係統的傳動（dòng）鏈（liàn），直驅係（xì）統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統（tǒng）的傳動效率（lǜ）不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因（yīn）漏油造成環境汙染。

　　由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功（gōng）率電（diàn）機做成了多（duō）個小功率（lǜ）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（jī）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合供電。這樣設（shè）計（jì）降低了電機的供電電壓（yā）和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工（gōng）況時,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，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均（jun1）轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而（ér）本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都（dōu）具有一（yī）套獨立（lì）的控製係統，大大提升了（le）電機控製的自由（yóu）度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優（yōu）勢，在（zài）發生故障（zhàng）時。可以直（zhí）接（jiē）拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模（mó）塊化電機具有冗餘（yú）的模塊數，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（shǐ）用本產品完全不會因電機發生故障而（ér）影響到生（shēng）產工期。

　　球（qiú）磨機因（yīn）加工誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏（piān）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預防掃膛（táng），而氣隙增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（mó）塊電（diàn）機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機（jī）不（bú）會發生掃膛現象，同時因（yīn）為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作（zuò），檢修次數更少（shǎo），工作時間更長，大體（tǐ）積球磨（mó）機檢修複雜，降低檢修次數就（jiù）是（shì）提高生（shēng）產效率。

　　4、隨動式球磨機裝配示意（yì）圖

　　二、永磁直驅立磨（mó）技（jì）術

　　1、立磨直驅對比於傳統（tǒng）感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實（shí）現負載工（gōng）況多樣性

　　傳統立磨速度單一，工況適應能力（lì）差。遇到突發事件，調整磨鞮（dī）高度來改變係統工作環境，係統反應速（sù）度（dù）慢。永磁（cí）同步（bù）電（diàn）機采用變（biàn）頻調速，適（shì）應工況（kuàng）能力強（qiáng）。遇到突發事件（jiàn），除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統（tǒng）工作環境，係統反應速度更（gèng）快。

　　(2）係統簡單,可靠性高（gāo）

　　傳統係統因三相感應電（diàn）機無法在低速實現大轉（zhuǎn）矩（jǔ）輸出，需（xū）要額外的盤（pán）車係統滿（mǎn）足立磨的低速起動。為保證在電（diàn）機起動過程不對電網造成過大的衝擊，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。直驅係統由變頻控製係統控製永磁（cí）同步電機起動，轉矩（jǔ）特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少（shǎo），結（jié）構簡單。

　　(3）變頻器軟起動，起動過（guò）程隨意設定

　　傳統（tǒng）係統先（xiān）由低速盤（pán）車係統起動，待三相感（gǎn）應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行（háng）。係統控製複雜（zá），低速無法（fǎ）實現過載輸（shū）出（chū）。在低速過程（chéng）需要盤車係統（tǒng），將轉速提高到三相感（gǎn）應（yīng）電（diàn）機起動條件。直驅係統直（zhí）接變頻低速（sù）起動，係統直接運（yùn）行，係統控（kòng）製簡（jiǎn）單。變頻控製起動（dòng）過程可根據實際工（gōng）況進行調整，以滿足各（gè）種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動（dòng）需要，取代盤車係統。

　　(4）無減速器，維護成本更低,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。同時立磨減速器結（jié）構複（fù）雜需要經常（cháng）維護，維護成本費用高。同時係統無法實（shí）現在（zài）低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元（yuán）簡單，變頻器控製永磁同步電（diàn）機直接驅動，控製方便（biàn）。係統內無減速器，無需額外進（jìn）行維護（hù），係統維護成（chéng）本（běn）低。同時，係（xì）統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,節能效果明顯

　　綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統（tǒng）年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤（kūn）磨機直（zhí）驅係（xì）統的優勢與球磨機直（zhí）驅係統相同，這裏不再（zài）一（yī）—贅述。

　　2、永磁直驅立磨結構示意圖

　　本新型立磨結構采用永磁（cí）直（zhí）驅電機驅動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設（shè）計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（jiàng）低成本,在工程實際中具有很強（qiáng）的實用型。

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