1、技術背景

　　傳（chuán）統的球磨機、立磨機（jī）大都（dōu）采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結（jié）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、效率低（dī）、機構複雜、運行維護工作量大等問題。

　　沈陽工業大學電機與控製（zhì）技術研（yán）究所與河南草莓视频黄色機電設備（bèi）有限（xiàn）公（gōng）司聯合設（shè）計研發的球（qiú）磨（mó）機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機（jī）與（yǔ）機械結構進行機電一體化設計，取（qǔ）消動力（lì）傳（chuán）輸的中間環節（jiē），做成直驅方案，能直接滿足荷載（zǎi）的需求，省去傳統磨機的減速機（jī），顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免（miǎn）維護（hù）、自動（dòng）化程度高（gāo）等優點（diǎn）。

　　在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計（jì），不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功率（lǜ）電（diàn）機做（zuò）成了多（duō）個小功率電機。模塊化電（diàn）機的控製技術可以實現降低大功（gōng）率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電機的（de）輸入（rù）電（diàn）流，電機不必采用（yòng）高等級絕緣。模（mó）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的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低（dī）成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升（shēng）了電機控製（zhì）的自由度，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（jié）構方麵，本（běn）產品（pǐn）電機（jī）的定子（zǐ）采用了一種自主設計研發的隨動式結構（gòu），將整圓（yuán）的定子分（fèn）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（zhèn）動或偏心，定子塊始終跟隨轉（zhuǎn）筒運動從而保（bǎo）持定（dìng）子與轉子間隙恒定的結構。本產（chǎn）品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會（huì）發（fā）生掃膛現象，因（yīn）此電（diàn）機的氣隙可以設（shè）計的比普通永磁直驅電機的小很（hěn）多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀（xī）土資源，節能用電量。當（dāng）模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊（kuài）電機即可正（zhèng）常運行（háng）。使用本產品完全不會因電機（jī）發生故障（zhàng）而影響到（dào）生產工期。

　　2、球（qiú）磨機（jī）專用（yòng）隨動式永（yǒng）磁直驅電機概述

　　本產品的隨動（dòng）式定子結構構成（chéng）一（yī）種（zhǒng）“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就（jiù）像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路（lù）行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動（dòng）不影響滾（gǔn）輪貼（tiē）合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因（yīn）裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原（yuán）因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正（zhèng）常運轉，保證磨機（jī）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（jiān）的間隙也可以做的（de）更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。

　　本產品電機的定子為隨動式結（jié）構（gòu）,基於模塊化永磁直驅電機，采用（yòng）獨立的扇形定（dìng）子（zǐ）塊結構（gòu），其隨動（dòng）原理是在定子塊的軸向兩側安裝（zhuāng）滾輪且滾（gǔn）輪貼合滾筒來確定定子與（yǔ）轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支（zhī）撐框架相連的彈（dàn）性機構。彈性（xìng）機構在球磨機滾筒不（bú）偏心時處於半壓縮狀態,如（rú）果球磨機（jī）滾筒向（xiàng）上波動，轉筒會向上（shàng）頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方（fāng）彈性機構繼續壓縮（suō）;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈（dàn）性機構將（jiāng）其向上頂，保證下方定子塊的滾（gǔn）輪（lún）依然貼合轉筒外表麵（miàn），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（bǎo）證定子、轉子之間的間隙（xì）不（bú）變。球磨機滾筒向下複位或繼續向（xiàng）下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其（qí）向下的吸（xī）引力的同時，彈性機構將上方（fāng）其向下壓,下（xià）方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（wèi）置的定子塊設置不同的壓力（lì）,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成（chéng）滾輪或轉筒（tǒng）磨損較快。

　　本產品將永（yǒng）磁電機采用（yòng）模塊化控（kòng）製，根（gēn）據不同功率的（de）電機設計采用（yòng）不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊（kuài）電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設（shè）有固定在支撐框架上的擋板來（lái）對定子塊進行圓周方向的限（xiàn）位。球（qiú）磨機（jī）滾筒的法蘭處銜接T型支（zhī）撐板,用（yòng）於支撐（chēng）安（ān）裝電機（jī）轉子鐵心及（jí）磁鋼。

　　本（běn）產品的隨動式定子（zǐ）塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑（jìng）向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性（xìng）機構與定子塊之間的連接杆（gǎn）、彈性機構支（zhī）撐架，即可將定子塊沿徑向拉出（chū），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（qū）動係統的優點

　　現階段大多數的（de）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。永磁同步電機（jī）與感應（yīng）電機（jī）相比優勢是它有較高的效率和功（gōng）率因數，損耗大大降低，節約了能（néng）源。永磁電機通過變（biàn）頻器（qì）進行調速，電機（jī）運行平（píng）穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難（nán）。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。

　　采（cǎi）用永磁直驅，取消了中間（jiān）的減速機（jī）、聯軸器、及（jí）齒輪（lún）的傳動環節，縮（suō）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（xì）統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且（qiě）直驅係統的故障率低，維護檢修方（fāng）便，還避免了傳統（tǒng）設備因漏油造成環境（jìng）汙染。

　　由於本產品電（diàn）機定子采用了模塊化設計，不僅降低（dī）了加工，製造，運輸等難度，還相當於把（bǎ）一（yī）個大功（gōng）率電機（jī）做成了多個小功率電機。模塊化電機（jī）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（de）輸入電流，電機不必（bì）采用高（gāo）等級絕緣，模塊（kuài）化電（diàn）機采用多台小功率（lǜ）變頻（pín）器聯合供電。這樣設計降低（dī）了電機的供電電壓和（hé）使用的變頻（pín）器容量，從而降（jiàng）低成本。球磨機運行在輕載工（gōng）況時,完（wán）全可以隻運行部分模（mó）塊電機驅動球磨機。

　　傳統電機故（gù）障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變（biàn），諧波含量增加，平均轉矩下降，轉（zhuǎn）矩波動顯著（zhe）增加，無法繼續正（zhèng）常運行。而本產品進（jìn）行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套（tào）獨立的控製係（xì）統，大大提升了電機控製的自由度,可（kě）以利用其多電機結構和控製靈活（huó）的優勢（shì），在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有（yǒu）冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊（kuài）而控製其餘正常子模塊降額運行。使用（yòng）本產品完全不會（huì）因電機發（fā）生故障而（ér）影響到生產工期。

　　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（shēng）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（shēng）產中常常通過增加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（tí）高電機製（zhì）造成（chéng）本。隨動式定子（zǐ）結構的模塊電（diàn）機，能（néng）在（zài）轉（zhuǎn）筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒（héng）定（dìng），可將氣隙做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，電機不會發生掃膛現象（xiàng），同時因為該隨動（dòng）式定子結構在偏心時能繼續正常工（gōng）作，檢修次數更少，工作時間更長，大體（tǐ）積球磨機檢（jiǎn）修複雜（zá），降低（dī）檢修次數就是提高生產效率。

　　4、隨動式球磨機裝配（pèi）示意圖

　　二、永磁直驅立磨（mó）技術

　　1、立（lì）磨直驅對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

　　傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作（zuò）環境，係統反應速（sù）度慢。永磁同步電機采用（yòng）變頻調速，適應工（gōng）況能力強。遇到突發事件，除調整（zhěng）磨（mó）輾（niǎn）高度外，還增加了速（sù）度調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。

　　(2）係統簡（jiǎn）單,可靠性高（gāo）

　　傳統係統因三相感應電機無法在低速（sù）實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起（qǐ）動。為（wéi）保證在電機起動過程不對電網造成（chéng）過大的衝（chōng）擊（jī），需增（zēng）加軟（ruǎn）起動裝置（zhì）。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成（chéng）複雜（zá），係統運行的輔助設備很多。直驅係統由（yóu）變頻（pín）控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速（sù）器，輔助係（xì）統少，結構簡單。

　　(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定

　　傳統係（xì）統先由低速盤車係統起動，待三相感應（yīng）電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機（jī），係統運行。係統（tǒng）控製複（fù）雜，低速無法實現（xiàn）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（jī）起動條件。直驅係統直接變（biàn）頻低（dī）速起（qǐ）動（dòng），係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起（qǐ）動過程可（kě）根據實際工（gōng）況（kuàng）進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取（qǔ）代盤車係統。

　　(4）無減（jiǎn）速器，維護（hù）成本更（gèng）低,維護次數少（shǎo）

　　係統各（gè）構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構（gòu）成單元多。同時（shí）立磨減速器結（jié）構複雜需（xū）要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進（jìn）行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。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速運行情況下進行係統維（wéi）護。

　　(5）傳動效率高,節能效（xiào）果（guǒ）明（míng）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/kWh）立式（shì）鯤磨機直驅係統的優勢與球（qiú）磨（mó）機直驅係統相（xiàng）同，這裏不再一—贅（zhuì）述（shù）。

　　2、永磁直驅立（lì）磨結構示意圖

　　本新型立磨結構采用永（yǒng）磁直驅電機驅（qū）動,提高了立磨（mó）效率。在立磨扶正軸承（chéng）與（yǔ）壓力軸承上（shàng）進行突破，通過設計（jì）一種雙向載（zǎi）荷扇形模塊機構替代大直徑軸承（chéng），方便加工、生產、運（yùn）輸、裝配、維修，並（bìng）降低成本,在工（gōng）程實際中具有很強的實用型（xíng）。

　　針對（duì）大（dà）、中、小型不同尺寸的（de）立磨，分（fèn）別設計了三種立磨專用永磁電機（jī），代替傳（chuán）統的減速機與（yǔ）三相異步電動機，永磁（cí）直驅（qū）電機具有雙向（xiàng）載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的（de）作用，並（bìng）且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。