1、技術（shù）背景

　　傳統的球磨機、立磨（mó）機（jī）大都采用三相異步（bù）電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致（zhì）球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗（rǒng）長（zhǎng）、效率低、機構複雜（zá）、運行維護工作量大等問（wèn）題（tí）。

　　沈陽工業（yè）大學電機與控製技術研究所與河（hé）南红桃影视（xīn）機電設備有限公司聯合（hé）設計研發的球磨機、立（lì）磨機采用永磁直驅電（diàn）機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化（huà）設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去（qù）傳統磨機的減（jiǎn）速機，顯著（zhe）提高了（le）電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力（lì）強、係統免維護、自動化程度高等優點。

　　在（zài）控製方麵,本產品（pǐn）電機定子采用了模塊（kuài）化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個大功率電機（jī）做（zuò）成了多個小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的控製技（jì）術可以實現降低（dī）大功率電機（jī）的輸入電壓，但是不增（zēng）加電（diàn）機的輸入電流，電（diàn）機不必（bì）采（cǎi）用高等級絕緣。模（mó）塊化電機采用多台小功率變（biàn）頻器聯合供（gòng）電，這（zhè）樣設計降低了電機的供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而降低成（chéng）本。每個模塊電機都具有一套獨立的（de）控（kòng）製（zhì）係（xì）統（tǒng），大大提升（shēng）了（le）電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部（bù）分模塊電機驅動球（qiú）磨機。

　　在（zài）結構方麵，本產品電（diàn）機的（de）定（dìng）子采（cǎi）用了（le）一種自主（zhǔ）設計研（yán）發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹（gàn）個相互存在間隙的小扇形塊，通（tōng）過機械結（jié）構設計（jì），確定了（le）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（bǎo）持（chí）定子與轉子間隙恒定（dìng）的結構。本產品通過機械結（jié）構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會（huì）發生（shēng）掃膛現象，因此電機的氣隙（xì）可以設計（jì）的比普通永磁直驅電（diàn）機的小很多，從而大幅降低電（diàn）機永（yǒng）磁體（tǐ）用（yòng）量，降低生產（chǎn）成本，節約稀土資源，節能用（yòng）電量。當模（mó）塊發生故障時，直接拆卸故（gù）障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用（yòng）本產品（pǐn）完全不會因電（diàn）機發生故障（zhàng）而影響到生產工期。

　　2、球磨（mó）機專用隨（suí）動式永磁直驅（qū）電機概述

　　本產品（pǐn）的（de）隨動式（shì）定（dìng）子結構構（gòu）成一（yī）種“小（xiǎo）車結構（gòu）”，滾筒就像（xiàng）公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於（yú）汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地（dì）麵貼合（hé），即滾筒偏心（xīn）浮動不影響（xiǎng）滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝（zhuāng）配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成（chéng）電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨（mó）機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定（dìng）子與轉子間的間隙也可（kě）以做的更小，減少永磁體用量，並且因為（wéi）隨動式結構，電機（jī）不會發生掃膛現象。

　　本產（chǎn）品電機的定子（zǐ）為隨動式（shì）結構,基於模塊化永磁直驅電機，采（cǎi）用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸（zhóu）向兩側安裝滾輪且滾（gǔn）輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊（kuài）徑向外側設有與支撐框架（jià）相（xiàng）連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒（tǒng）不（bú）偏（piān）心時處（chù）於半壓縮狀態（tài）,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上（shàng）頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其（qí）向上的吸引力的同時（shí），定子塊（kuài）上的彈性機構將其向（xiàng）上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子（zǐ）塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保（bǎo）證定子、轉子之間的間隙不變。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吸引力的同時，彈性機構將上方（fāng）其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓（yā）。

　　本產品彈性裝置的壓力（lì）大（dà）小可調（diào），對於不同（tóng）位置的定子塊設置不同的壓（yā）力（lì）,避免因彈性裝置設置的壓力過大造（zào）成滾輪或轉筒磨損較快（kuài）。

　　本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功（gōng）率的電（diàn）機設計采用（yòng）不同個數的隨動式定子塊構成（chéng）一台模塊電機，一（yī）台整圓電機由多台模（mó）塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子（zǐ），模塊電（diàn）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（gù）定在支撐框架上的擋（dǎng）板來對定（dìng）子塊進行圓周方向的（de）限位。球（qiú）磨機（jī）滾筒的（de）法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。

　　本產（chǎn）品的（de）隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿（yán）球磨機的徑向（xiàng）依次拆卸密（mì）封外殼（ké）、彈性（xìng）機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊（kuài）沿徑向拉出，進行檢修或更（gèng）換新的定子塊。

　　3、采用本（běn）產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點

　　現階段大（dà）多數的球磨機仍采用三相感應（yīng）電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅（qū）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，損耗大大降低（dī），節約（yuē）了能源。永磁電（diàn）機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難（nán）。這些也（yě）是近年來永磁電機（jī）應（yīng）用越來越（yuè）廣泛的原因（yīn）。

　　采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳（chuán）動效率將提升（shēng）至少20%。球磨機直驅係統的傳動效（xiào）率不僅得到（dào）大幅（fú）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漏油造成（chéng）環境汙（wū）染。

　　由於本（běn）產品電機定（dìng）子采用了模塊化設計，不僅降低（dī）了加工（gōng），製造，運輸等難度，還相當（dāng）於把一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製（zhì）技術可以實現降（jiàng）低大功率電（diàn）機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入（rù）電流，電機不必采用高等級絕緣，模（mó）塊化電機采用（yòng）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（chéng）本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行（háng）部分模塊（kuài）電機驅動球磨（mó）機（jī）。

　　傳統電機故障時，會導致電（diàn）機合成磁動勢發生畸變，諧（xié）波含量增（zēng）加，平（píng）均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正（zhèng）常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機（jī）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（dù）,可以利用其多電機結（jié）構和控製靈活的優（yōu）勢，在發（fā）生（shēng）故障時（shí）。可以直接拆卸故障（zhàng）電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊（kuài）化電機具有冗餘的模塊數（shù），也可切除（chú）故障子模（mó）塊而控（kòng）製其餘正常子（zǐ）模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生（shēng）故障而影響到生產工期。

　　球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變（biàn）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，實（shí）際（jì）生產中常常通過（guò）增加氣隙大小來預防掃膛，而氣（qì）隙增大會導致永磁體用量增加（jiā），提高電（diàn）機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機（jī），能在轉筒偏（piān）心（xīn）時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的（de）更小，減（jiǎn）少（shǎo）永磁體用量，電（diàn）機不會發生掃（sǎo）膛現象，同時因為該隨動式定子結構在（zài）偏心時能繼續正（zhèng）常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機（jī）檢修複（fù）雜，降低檢修次數就（jiù）是提高生產效（xiào）率。

　　4、隨動式球磨機裝配示意圖

　　二、永磁直驅立磨技術

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

　　傳統立（lì）磨速（sù）度單一（yī），工況適應能力差。遇到突發事件（jiàn），調整磨鞮高度來改變係（xì）統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變（biàn）頻調速，適應工況能力強（qiáng）。遇到（dào）突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快（kuài）速適應係統工作環境，係統反應速（sù）度更快。

　　(2）係統簡單,可靠性高

　　傳統（tǒng）係統因三相感應電機無（wú）法在低速實（shí）現大轉矩（jǔ）輸出，需要額（é）外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起（qǐ）動過程不對電網（wǎng）造成過大的衝擊，需增加軟（ruǎn）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（jǔ）需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多（duō）。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特（tè）性滿（mǎn）足（zú）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（dòng），起動過程隨意設定

　　傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動（dòng）條件後，軟起（qǐ）動裝置起（qǐ）動三相感應電機（jī），係統運行（háng）。係統控製複（fù）雜，低速無法實現過載輸出。在低（dī）速過程需要盤（pán）車係統，將轉速提高到三相（xiàng）感應電機起動條件。直驅係統直接（jiē）變頻（pín）低（dī）速起（qǐ）動，係統直接運行，係（xì）統控製簡單。變（biàn）頻控製起動（dòng）過程可根據實際工況進行調整，以滿足（zú）各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取（qǔ）代（dài）盤車係統。

　　(4）無減速器，維護成本更低（dī）,維護次數少

　　係統各構成單元均需要（yào）時常檢查和定期（qī）維護，傳統係統構成單（dān）元多。同時立（lì）磨減速器結構複雜需（xū）要經常維護，維護成本費用高。同時係（xì）統無法（fǎ）實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，變頻器控（kòng）製永磁同步電機直接驅（qū）動，控製方（fāng）便（biàn）。係統內無減速器，無需額外進（jìn）行維護，係統維（wéi）護成本低。同時，係統可實現（xiàn）在電機低速運行情況下（xià）進行係統維護。

　　(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年節電量達181萬元（yuán）。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅（qū）係統相同，這裏不（bú）再一—贅述。

　　2、永（yǒng）磁直驅立（lì）磨（mó）結構示意（yì）圖（tú）

　　本新型立磨結構采用永磁（cí）直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨（mó）扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設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（yùn）輸（shū）、裝配、維修，並（bìng）降低成本,在工程實際中具（jù）有很強的實用型。

　　針對大、中、小（xiǎo）型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁（cí）電機，代替傳統的減速機與三相異（yì）步電動機（jī），永磁直驅電機具有雙向載荷機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（zhuāng）配維護，節省成本。均已申請專 利。