1、技術背景（jǐng）

　　傳統的球磨（mó）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（jí）齒輪結構進行（háng）驅動，導致球磨（mó）機的傳動（dòng）係（xì）統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。

　　沈陽工業（yè）大學電機與控製技術研究所（suǒ）與河南九幺免费版機電設備有限公司聯合（hé）設計研發的（de）球磨機、立磨（mó）機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中（zhōng）間環節，做成直驅方案（àn），能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的（de）減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能（néng）、起動轉矩大、過載能力強、係統免（miǎn）維（wéi）護、自動化程度高等優點。

　　在控製方麵,本產品電（diàn）機定子采用了（le）模塊化設計，不僅降低了加（jiā）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（xiǎo）功率電（diàn）機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的（de）輸入電壓，但是不增加電（diàn）機的輸入電（diàn）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，這樣設計降低了電機（jī）的供電電壓和（hé）使（shǐ）用的變頻器容量，從（cóng）而降（jiàng）低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製係統，大大（dà）提升了電機（jī）控製的自（zì）由度，球磨機運行在輕（qīng）載工況時（shí），完全可（kě）以隻運行部分模塊（kuài）電機驅（qū）動球磨機。

　　在結構方麵，本產品電機的定子采用（yòng）了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在（zài）間隙的小扇形塊，通過機械結構設（shè）計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震（zhèn）動（dòng）或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的（de）結構。本產品（pǐn）通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒（héng）定，電（diàn）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磁直（zhí）驅（qū）電機的小很多，從而大幅降低電機永（yǒng）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，直接拆卸（xiè）故障電機，更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行（háng）。使用本產品完全不會因電機發（fā）生故障而影響到生（shēng）產工期。

　　2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概（gài）述

　　本產品的隨動式（shì）定子結構構成一種“小車結構（gòu）”，滾（gǔn）筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪（lún）貼合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車在公路行（háng）駛（shǐ），公路的起伏不影響車（chē）輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏（piān）心（xīn）浮動不影響滾輪貼合滾筒（tǒng），保證定（dìng）子、轉子間隙恒定，在（zài）球磨機（jī）因裝配誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變、重（chóng）載震動等原因造（zào）成電（diàn）機偏（piān）心、氣（qì）隙不均（jun1）勻時，仍能正常運轉，保證磨機始（shǐ）終運行在性能狀態，不必（bì）停機檢（jiǎn）修。同時電機定子與轉子間的間（jiān）隙也（yě）可以做（zuò）的更小，減少（shǎo）永磁體用（yòng）量，並且因為隨動式結構，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,基於模塊（kuài）化永（yǒng）磁直驅電機，采用獨立的扇形定（dìng）子塊結構，其（qí）隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪（lún）且滾輪貼合滾（gǔn）筒來確定（dìng）定子（zǐ）與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐（chēng）框架相連的（de）彈性機構。彈（dàn）性機構在球磨機滾筒不偏心（xīn）時處於半壓（yā）縮狀態,如果球（qiú）磨機滾筒向上波（bō）動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的（de）滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈（dàn）性機構繼續壓（yā）縮;下方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其（qí）向上頂（dǐng），保證（zhèng）下方定（dìng）子塊的滾輪依然貼合轉筒外表（biǎo）麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向（xiàng）下複位或繼續向下波動（dòng），則上方定子塊（kuài）在受到永磁體對（duì）其向下（xià）的吸引力的同（tóng）時，彈性機構將上方其向下壓（yā）,下方定子塊被轉筒（tǒng）向下壓。

　　本產品彈性（xìng）裝（zhuāng）置的壓力大小可調（diào），對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避（bì）免因（yīn）彈性裝置（zhì）設置（zhì）的壓力過大造成滾輪（lún）或轉筒磨損較快。

　　本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機（jī）設計采（cǎi）用不同個數的隨動式定（dìng）子塊構成一台模塊電機，一台整圓電（diàn）機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共（gòng）用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝（zhuāng）在（zài）球磨機滾（gǔn）筒（tǒng）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）的法蘭處銜接（jiē）T型支（zhī）撐板,用於支撐安裝電機轉（zhuǎn）子鐵心及磁鋼。

　　本產品的隨動式定（dìng）子塊安裝拆（chāi）卸十分便捷，隻需要沿球磨機的（de）徑向依（yī）次拆卸密封外殼、彈（dàn）性機構、彈性機構（gòu）與定子（zǐ）塊之間的連接杆、彈性機構（gòu）支撐架，即（jí）可將定子（zǐ）塊沿徑向拉出，進行檢修或更換（huàn）新的定子塊。

　　3、采用本產品代替（tì）傳統磨機的電機驅動係統的優點（diǎn）

　　現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝置以及齒（chǐ）輪（lún）結構進行驅動。永磁（cí）同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機（jī）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（yě）是近年（nián）來永磁電機應用越來越廣泛的原因。

　　采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯（lián）軸器、及齒輪（lún）的傳動環節（jiē），縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的（de）傳動效率不僅得到大幅提升，而且直（zhí）驅係統（tǒng）的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙（wū）染。

　　由（yóu）於（yú）本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大（dà）功率（lǜ）電機做成了（le）多個（gè）小功率電機。模塊化電機的控製技術（shù）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（shū）入電（diàn）流，電機不必采用高等（děng）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）計降低了電機的供電電壓和（hé）使用（yòng）的變頻（pín）器容量（liàng），從而（ér）降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可（kě）以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動球磨（mó）機。

　　傳統電（diàn）機故障時，會導致電機合（hé）成磁動（dòng）勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無（wú）法（fǎ）繼續正常運行。而本產品進行了模（mó）塊化設（shè）計，每個模塊電機都（dōu）具有一（yī）套獨（dú）立（lì）的控製係統，大大提升了電機控製（zhì）的自由度,可以利用（yòng）其多電機（jī）結構和（hé）控製靈（líng）活的（de）優勢，在發生（shēng）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（diàn）機具有冗餘的模塊數（shù），也可切除故障子（zǐ）模塊而控製（zhì）其餘正常子模塊降（jiàng）額運行。使用本產品完全不會（huì）因電機發生故障而影響（xiǎng）到生產工期。

　　球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變或重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，實際生產中常常通過增加氣隙大小來（lái）預防掃膛，而氣隙增（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（gòu）的模塊電（diàn）機，能在轉（zhuǎn）筒偏心時保證定子與轉（zhuǎn）子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續（xù）正常工作，檢修次數更少，工作（zuò）時間更長（zhǎng），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。

　　4、隨動式球磨機裝配示意圖（tú）

　　二、永（yǒng）磁直驅立磨技術

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

　　傳統立磨速度單一（yī），工況適應能力差。遇（yù）到突發事（shì）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（bù）電機采用變頻調（diào）速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以（yǐ）快速適應（yīng）係統工作環（huán）境，係統反應速度更快。

　　(2）係統簡單,可靠性高

　　傳（chuán）統（tǒng）係統因三（sān）相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額（é）外的盤（pán）車係統滿足立磨（mó）的（de）低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造（zào）成過大的衝擊，需增加軟（ruǎn）起動裝置。三相感應電機起動後，通（tōng）過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係（xì）統運行的輔助設（shè）備（bèi）很多。直驅係統（tǒng）由變（biàn）頻控製係統控製永磁同步電機起動（dòng），轉矩特性滿足需要，無需（xū）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，起動過程隨意設定

　　傳統係統先由低速（sù）盤車係統起動，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電機，係統運行。係統控製複（fù）雜，低速無法（fǎ）實現過（guò）載輸出（chū）。在低速過程需要盤車（chē）係統，將（jiāng）轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接（jiē）變頻（pín）低（dī）速起動，係（xì）統直接運行，係（xì）統控製簡單。變頻控製起（qǐ）動過程可根據（jù）實際工況進行（háng）調整（zhěng），以滿足各種工況的需求。低速可過（guò）載輸出，滿足起動需要，取代盤車（chē）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（shí）立磨減速器結（jié）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（xiàn）在低速運行的情況下進行係統維護（hù）。直驅（qū）係統構成單元（yuán）簡單，變頻器控製永磁同步電（diàn）機（jī）直接驅動，控製方便。係統（tǒng）內無（wú）減速器，無需額外（wài）進（jìn）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（qíng）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。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球（qiú）磨機直（zhí）驅（qū）係統相同，這裏不再一—贅述（shù）。

　　2、永磁直驅立磨結構示意（yì）圖

　　本新型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（fāng）便加工、生產（chǎn）、運輸（shū）、裝（zhuāng）配、維修（xiū），並降低（dī）成本,在工程實際中具有很強的實（shí）用型。

　　針對大、中、小型不（bú）同尺寸的（de）立磨，分別設計了三種立磨（mó）專用（yòng）永（yǒng）磁電機，代替（tì）傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放（fàng）置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節（jiē）省成（chéng）本（běn）。均已（yǐ）申請專 利。