1、技術背景

　　傳統的球磨機、立磨機（jī）大（dà）都采（cǎi）用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以（yǐ）及齒輪結構進行驅動，導致球磨機（jī）的（de）傳（chuán）動係統存在機械傳動（dòng）鏈冗長、效率低、機構複（fù）雜（zá）、運（yùn）行維護工作量大等問題。

　　沈陽工業大學電（diàn）機與控製技術研（yán）究所與河南草莓视频ios機電設備（bèi）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（jī）,通過將電動機與機械（xiè）結構進行機電一體化設計（jì），取消動力傳輸的（de）中間環節，做成直驅方案，能直接（jiē）滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效（xiào）率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統（tǒng）免（miǎn）維護、自動化（huà）程度高等優點。

　　在控製方麵,本產品電機定子采（cǎi）用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運（yùn）輸等難度，還相（xiàng）當於把一個大功（gōng）率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術（shù）可以實現（xiàn）降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電（diàn）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（jì）降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的（de）變頻器容量，從而降低（dī）成（chéng）本。每個模塊電（diàn）機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，球磨機運（yùn）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。

　　在結構方麵，本（běn）產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨（suí）動（dòng）式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通（tōng）過機械結（jié）構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動（dòng）或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運（yùn）動從而保持定（dìng）子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保（bǎo）證定子與（yǔ）轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機（jī）的（de）氣隙可（kě）以設計的比普通永磁直（zhí）驅電機的小很多（duō），從而大幅降低電機永磁體用量，降（jiàng）低生產（chǎn）成本，節約稀土資源，節（jiē）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（mó）塊電機（jī）即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而（ér）影響到生產工期。

　　2、球磨機專用（yòng）隨動式永磁直驅電機概述

　　本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車在公路行駛，公路（lù）的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子（zǐ）、轉（zhuǎn）子間隙恒定，在球（qiú）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）、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必（bì）停機檢（jiǎn）修（xiū）。同時電（diàn）機定子與轉子（zǐ）間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用（yòng）量，並且因為隨動式結（jié）構，電機不（bú）會發（fā）生掃膛現象。

　　本產（chǎn）品（pǐn）電機的定子為隨動式結構,基（jī）於模塊化永（yǒng）磁直驅電（diàn）機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合（hé）滾筒來確（què）定定（dìng）子與轉子間的間隙，定子塊徑向外（wài）側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安（ān）裝（zhuāng）的滾輪，進（jìn）而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓（yā）縮;下（xià）方定子塊在受到永磁（cí）體對其（qí）向上的吸引力的同時，定子塊上的彈（dàn）性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外（wài）表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從（cóng）而保證定子（zǐ）、轉子之（zhī）間的間（jiān）隙（xì）不變。球磨機（jī）滾筒向下（xià）複位或繼續向下波動，則上方（fāng）定（dìng）子塊在受到永磁體對其向（xiàng）下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下（xià）壓,下方定子塊被轉筒向下壓。

　　本產品（pǐn）彈性裝置（zhì）的壓力大小可調，對於不同位置的定（dìng）子塊設置不同的壓力,避免（miǎn）因彈性（xìng）裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。

　　本產品將永磁電機采用模塊化控（kòng）製，根據不同功率的電機設計采用不同（tóng）個數的隨動式定子塊構成一台模（mó）塊電機，一台整（zhěng）圓電機由多台模塊電機構成（chéng）,多台（tái）模塊電機（jī）共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝（zhuāng）在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間（jiān）設有固定在支撐框架上的擋板（bǎn）來對（duì）定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵（tiě）心及（jí）磁鋼。

　　本產品的隨（suí）動式定子塊（kuài）安裝拆卸（xiè）十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依（yī）次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子（zǐ）塊之間（jiān）的連接杆、彈性（xìng）機構支撐架，即可將定子塊沿徑向（xiàng）拉出，進（jìn）行（háng）檢修或更換新的定子塊。

　　3、采用本產品代替傳統（tǒng）磨機的電機驅動係統的優點（diǎn）

　　現階段大多數的球磨機（jī）仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有（yǒu）較高的效率和（hé）功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永（yǒng）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（yīng）電機則起（qǐ）動相對困難（nán）。這些也是近年來永磁電機應用越來越（yuè）廣泛的原因。

　　采用永（yǒng）磁（cí）直驅，取消了中間的減速機（jī）、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短（duǎn）係統的（de）傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係（xì）統的故障率（lǜ）低，維護檢修方便，還避免（miǎn）了傳統設備（bèi）因漏油造成環境汙染。

　　由於本產品電機定子采用了模塊化設（shè）計，不僅降低了（le）加（jiā）工，製造（zào），運輸等難度，還相當於把一個大功（gōng）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（yǐ）實現（xiàn）降低大功率電機的輸（shū）入電壓，但是（shì）不增加電機的輸入電流，電機不（bú）必采用高等（děng）級絕緣，模塊化（huà）電（diàn）機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電。這（zhè）樣設計降低了電機的供電電壓（yā）和（hé）使用的變頻器（qì）容量，從而降（jiàng）低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機（jī）驅動球（qiú）磨機（jī）。

　　傳（chuán）統電機故障時（shí），會導致電機合成（chéng）磁動勢發生畸變，諧（xié）波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著（zhe）增加，無法繼續正常（cháng）運行。而本產品進行了模塊化設（shè）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（dù）,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機（jī）更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的（de）模塊數，也（yě）可切除故障子模塊而（ér）控製（zhì）其餘正常子（zǐ）模塊（kuài）降額運行。使用本產（chǎn）品完全不會（huì）因電機發生故障而影響到生產工期。

　　球磨機因加工誤差、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心現象，偏（piān）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，而氣隙增大會導致永磁體（tǐ）用量增加，提高電機製造成（chéng）本。隨動式定子結構的模塊電（diàn）機，能在（zài）轉筒偏心時保（bǎo）證定子與轉子之間的間（jiān）隙恒定，可將氣隙做的（de）更小，減少永磁體（tǐ）用量，電機不會發生（shēng）掃膛現象，同（tóng）時因為（wéi）該隨動式定子結構在（zài）偏心時能繼（jì）續正常工作，檢修次數更（gèng）少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低（dī）檢修次數就（jiù）是提高（gāo）生產效率。

　　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（zhí）驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻（pín）調速控製，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）到突發事件，調整磨鞮（dī）高（gāo）度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應（yīng）工況能力強（qiáng）。遇到突發事件，除調整（zhěng）磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係（xì）統工作（zuò）環境，係統反（fǎn）應速度（dù）更快。

　　(2）係統簡單,可靠性高

　　傳（chuán）統係統（tǒng）因三相感應電機無法（fǎ）在（zài）低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保（bǎo）證在電機起動過程不（bú）對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動（dòng）裝置。三相感應電機起動後（hòu），通（tōng）過減速器滿足（zú）係統轉矩需要，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同（tóng）步電（diàn）機起動，轉矩（jǔ）特性滿足需要，無需盤車（chē）係統和減速器，輔助係統少（shǎo），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（sù）盤車係統（tǒng）起動，待三相（xiàng）感應電機達到起動（dòng）條件後（hòu），軟起動裝置起動三（sān）相感應電機，係統運行（háng）。係統控製複雜，低速（sù）無法實現過（guò）載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到（dào）三相感應電機（jī）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。變頻控製起動（dòng）過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需（xū）求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係（xì）統。

　　(4）無減速器，維護（hù）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（gòu）成（chéng）單元多。同時立（lì）磨減速器結構複（fù）雜需要經常維護（hù），維（wéi）護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係（xì）統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同（tóng）步電機直接（jiē）驅動，控製方便。係統（tǒng）內無減速器，無需額外進行維護，係統（tǒng）維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下（xià）進行係統維（wéi）護。

　　(5）傳動（dòng）效率高,節能效果（guǒ）明顯

　　綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年（nián）節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直（zhí）驅係統（tǒng）的優勢與球磨（mó）機直驅係統相同，這裏不（bú）再一—贅（zhuì）述。

　　2、永磁直驅立磨結構示意圖

　　本（běn）新型立磨（mó）結構采用永磁直（zhí）驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸（zhóu）承（chéng）與壓力軸承（chéng）上進行突破，通過（guò）設計一（yī）種雙向載荷扇形模（mó）塊機（jī）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,在工程實際中具有很強的（de）實用型（xíng）。

　　針對大、中、小型（xíng）不同尺寸的立磨（mó），分別設計了三種立磨專（zhuān）用永（yǒng）磁電機，代替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置位置，均能達（dá）到扶正與承壓的作用，並且方（fāng）便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。