1、技術背景（jǐng）

　　傳統的球磨機、立磨機大都采用三（sān）相（xiàng）異步電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒（chǐ）輪結構（gòu）進行驅動，導致（zhì）球磨機的傳動係統存（cún）在機械（xiè）傳動鏈冗長（zhǎng）、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。

　　沈陽工業大學電機（jī）與控製技術研究所與（yǔ）河南天美传媒在线機電設（shè）備有限公司聯合（hé）設（shè）計研發的球磨機、立磨機（jī）采用永（yǒng）磁直（zhí）驅電機,通過將電動機與（yǔ）機械結構進行機電一體化設計，取消動（dòng）力（lì）傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的（de）需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大（dà）、過（guò）載能力強（qiáng）、係統免維護、自動（dòng）化程度高等優點。

　　在（zài）控（kòng）製方（fāng）麵,本產品電機定子采用（yòng）了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難（nán）度，還相當於把一個大功率（lǜ）電機做成了（le）多（duō）個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實（shí）現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機（jī）的（de）輸（shū）入電流，電機（jī）不必（bì）采用高等級絕緣。模塊化電機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電（diàn）機的供電電（diàn）壓和（hé）使用的（de）變頻器（qì）容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自（zì）由度，球磨機運行在輕（qīng）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，本產品電機（jī）的定子采（cǎi）用（yòng）了一種自主設計研發的隨動式結（jié）構，將整圓的定子分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（le）一種無（wú）論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟（gēn）隨轉筒（tǒng）運動從而保（bǎo）持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保（bǎo）證定子與轉（zhuǎn）子間的間（jiān）隙恒定，電機不會發生（shēng）掃膛現（xiàn）象，因此電機的氣隙（xì）可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降（jiàng）低電（diàn）機永磁（cí）體用量，降低生（shēng）產（chǎn）成（chéng）本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更（gèng）換新的模塊（kuài）電機即可正常運行。使（shǐ）用本產（chǎn）品（pǐn）完全（quán）不會因（yīn）電機發生（shēng）故障而影響到生產工期。

　　2、球（qiú）磨機專用（yòng）隨動式（shì）永磁直驅電（diàn）機概述

　　本產品的隨動式定子（zǐ）結構構成一種“小車結構（gòu）”，滾筒就像公路，定子（zǐ）塊（kuài）就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪貼合滾筒，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（gǔn）筒（tǒng）形（xíng）變、重載（zǎi）震（zhèn）動等原因造成電機偏心、氣隙（xì）不（bú）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）停機檢修。同（tóng）時電機（jī）定子與（yǔ）轉子間的間隙也可以（yǐ）做的更小，減少永（yǒng）磁體（tǐ）用（yòng）量（liàng），並且因為隨動（dòng）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,基於模塊化永磁直驅（qū）電機，采用（yòng）獨立的扇形定子塊結構，其隨（suí）動原理是（shì）在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相（xiàng）連的彈性機構。彈性機構在球（qiú）磨機（jī）滾（gǔn）筒（tǒng）不偏心時處於半壓縮狀態,如果（guǒ）球磨機滾筒向上波動，轉筒會（huì）向上頂定子（zǐ）塊上安裝的滾輪，進而帶（dài）動定（dìng）子塊向上移動，上方彈性（xìng）機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對（duì）其（qí）向上的吸引力的同時，定子（zǐ）塊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（biǎo）麵，使定子塊跟隨轉（zhuǎn）筒波動而進（jìn）行徑向與（yǔ）圓周方向（xiàng）的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球（qiú）磨機滾筒向下複位或繼續（xù）向下波動，則上方定子塊（kuài）在受到（dào）永磁體對其向（xiàng）下的吸引力的同（tóng）時，彈（dàn）性（xìng）機構將上方（fāng）其向下壓,下方（fāng）定子塊被轉筒向下壓。

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

　　本產品（pǐn）將永磁（cí）電機（jī）采用模塊化控（kòng）製，根據不同功率的電機設計（jì）采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整（zhěng）圓電機由（yóu）多台模塊（kuài）電機（jī）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在球磨機滾筒上。相（xiàng）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。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型（xíng）支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。

　　本（běn）產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸（xiè）密封外殼、彈（dàn）性機構、彈性機構與定子塊之間的連接（jiē）杆、彈性機構（gòu）支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進（jìn）行檢修或更換新的定子塊。

　　3、采（cǎi）用本產品代替傳統磨機的電機驅動（dòng）係統的優點（diǎn）

　　現階（jiē）段大多數的球磨機仍采用三相（xiàng）感應電動機、聯（lián）軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結構（gòu）進行驅動。永磁同（tóng）步電（diàn）機與感應電機相比優（yōu）勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降（jiàng）低，節（jiē）約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快（kuài），感（gǎn）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泛的原因。

　　采用永磁直驅，取消了中（zhōng）間的減速機（jī）、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機（jī）直驅係統的傳動效率（lǜ）不僅（jǐn）得到大（dà）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（shū）等（děng）難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個（gè）小功率（lǜ）電機。模塊化電機（jī）的控製技術可以實現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采（cǎi）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（dī）了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機（jī）運行在輕載工況時,完全可以隻運行（háng）部分模塊電機驅動球磨機（jī）。

　　傳統（tǒng）電機故障時（shí），會導致電機合成磁動（dòng）勢發生畸變，諧波含量增加，平均（jun1）轉矩下降，轉矩波動（dòng）顯著增加，無法（fǎ）繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，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（jī）控製的（de）自由度,可（kě）以（yǐ）利用（yòng）其多電（diàn）機結構（gòu）和控製靈活的優勢，在（zài）發（fā）生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機（jī）即可正常運（yùn）行。模塊化電機具有冗餘（yú）的模塊數，也可切除故障子模塊而控（kòng）製其餘（yú）正常子模塊降額運行。使（shǐ）用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。

　　球磨機因加工（gōng）誤（wù）差、軸承磨（mó）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（qì）隙大（dà）小（xiǎo）來預防掃膛，而氣（qì）隙增大會導致永磁體用（yòng）量增加（jiā），提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能（néng）在（zài）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（liàng），電機不會發（fā）生掃膛現象，同時因為（wéi）該（gāi）隨動式定子結構在偏心時能繼（jì）續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大（dà）體（tǐ）積球磨機檢修複（fù）雜，降低檢修次數就是提（tí）高生產效（xiào）率。

　　4、隨動式（shì）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（yīng）電機的優點( 1）變頻調速控製，實現（xiàn）負載（zǎi）工況（kuàng）多樣性

　　傳（chuán）統立磨速度單一，工（gōng）況適應能（néng）力（lì）差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改（gǎi）變係統工作環境（jìng），係統反應速度慢。永磁（cí）同步電機采（cǎi）用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還（hái）增加（jiā）了速度（dù）調節以快速適應係統工作環境，係統反應（yīng）速度更快。

　　(2）係統簡單,可靠性高

　　傳統係統因三相感應電（diàn）機無（wú）法在低（dī）速實現大轉矩輸出，需（xū）要額（é）外的盤（pán）車係統滿足（zú）立磨的低速起動。為保證在電機起動過程（chéng）不對電網造成過大（dà）的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統（tǒng）轉矩需要，整個係統構成複雜（zá），係（xì）統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控（kòng）製係統控製永磁同步電機起（qǐ）動（dòng），轉矩特（tè）性（xìng）滿足需要，無需盤車係統和減速（sù）器，輔助係統少，結（jié）構簡單。

　　(3）變頻器軟起動，起動過（guò）程隨意設（shè）定

　　傳統係統先由低速盤（pán）車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置（zhì）起動三相（xiàng）感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法（fǎ）實現過載輸出。在低速過程（chéng）需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動（dòng）條件。直驅係統直接變頻低速起動（dòng），係統直接運行，係統控製（zhì）簡單。變頻（pín）控製起動過程可根據實際工況進行調整（zhěng），以（yǐ）滿足各（gè）種工況的需（xū）求。低速可過載輸（shū）出，滿足起動需要（yào），取代盤車（chē）係統。

　　(4）無減速器，維護成（chéng）本更低,維護次數少

　　係（xì）統各（gè）構成單元均（jun1）需（xū）要時常檢查（chá）和定期維護，傳統係統構成單（dān）元多。同時立磨減速（sù）器結構複雜需（xū）要經常維護，維護（hù）成（chéng）本費用高。同時（shí）係統無法實現在低速運行的情況下進行（háng）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。係統內無減速器，無需額（é）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（tǒng）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（tǒng）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（jī）直驅係（xì）統的（de）優勢與球磨機直驅係統相（xiàng）同，這裏不再一—贅述。

　　2、永磁（cí）直驅立磨結構示意（yì）圖

　　本新型立（lì）磨結構采用永磁直（zhí）驅電機驅動,提高了立磨效率。在立（lì）磨扶正軸（zhóu）承與壓力軸承（chéng）上進行突（tū）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、運輸（shū）、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。

　　針對大、中（zhōng）、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代（dài）替傳統的減（jiǎn）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與不（bú）同的放置位置，均能達到（dào）扶正（zhèng）與承壓的作用，並且方便（biàn）製造、裝（zhuāng）配維護，節省成本。均已（yǐ）申請專（zhuān） 利（lì）。