1、技术背景

　　传（chuán）统的球磨机、立磨机大都采用（yòng）三相异步电动（dòng）机、联轴器、减速装置以（yǐ）及齿轮结构进（jìn）行驱动，导致球磨机的（de）传动系统存在机械传动链冗（rǒng）长、效率低、机构复杂（zá）、运行维护工（gōng）作量大等问题。

　　沈阳工业大学电机（jī）与控制技术研究所与河南全新机电设备有限公司联合设计研发的球磨（mó）机、立磨机采用永磁直驱电机,通过将（jiāng）电动机与机械结构（gòu）进行机电一（yī）体化设（shè）计，取消动力传输的中间环节，做成直驱方案（àn），能直接满足荷载的需（xū）求（qiú），省去传统磨机的减速机，显著提高了电机的效（xiào）率与（yǔ）功率因数，具有节能、起动转矩大、过载能力强、系（xì）统免维护、自动化程度高等优点。

　　在控制方面,本产品电机定子采用了模块化设计，不仅降低了加工、制造、运输等难度，还相当于把一个大功率电机做（zuò）成（chéng）了多个小（xiǎo）功率电机。模块化电机的控制技术可以实现降低（dī）大功率电机（jī）的输入电压，但是不增加电机的输入电流，电（diàn）机不必采用高等级（jí）绝（jué）缘。模块化电机采用多（duō）台小（xiǎo）功率变频器联合供电，这样设计降低了电机的供电电压和使用的变频器容量，从（cóng）而降低（dī）成本。每个模（mó）块电（diàn）机都具（jù）有一套独立的控（kòng）制系统，大大提升了电机控制（zhì）的自由度，球磨机运行在轻载工况时，完全可（kě）以只运行部分模块（kuài）电机（jī）驱动球磨机。

　　在结构方面，本产品电机的定子采用了一种自（zì）主设计研发的随（suí）动式结构，将整圆的（de）定子分成若干个相互存在间隙的小扇（shàn）形块，通过机（jī）械结构设计，确定了一种（zhǒng）无论球磨机转筒是否震动或偏心（xīn），定子块始终跟随转筒运动从（cóng）而保持定子与转子间隙恒定的结构。本产品（pǐn）通过机械结构设计保证定子与转子间（jiān）的（de）间隙恒定，电机不会发（fā）生扫膛现象，因此电机的气隙可（kě）以设计的比普通永磁直驱电机的小很（hěn）多，从（cóng）而大幅降低电机永磁（cí）体（tǐ）用量（liàng），降低生（shēng）产成本，节约稀土资源，节（jiē）能用电量。当模块发生故障时，直接拆卸故（gù）障（zhàng）电机，更换新的模块电机（jī）即可正常运行。使用本产品完全不会因电机发生故障而（ér）影响到生产工期。

　　2、球磨机专（zhuān）用随动式（shì）永磁直驱电机概述

　　本产（chǎn）品的随动式定子结构构成（chéng）一种“小车结构”，滚筒就像公路，定子块就像汽车。滚轮（lún）贴（tiē）合滚筒旋转（zhuǎn）相当于汽车在公路行驶，公路的起伏不影响车轮与地面贴合，即滚筒偏心（xīn）浮动不（bú）影响（xiǎng）滚轮贴合滚筒，保证定子、转子间（jiān）隙恒定，在球磨机因装配误差、轴承磨损、滚筒形变、重载震动等原因造成电机偏心、气隙不均匀时，仍能正常运转，保证磨机始终运行在性能状态，不（bú）必停机检修（xiū）。同时电机定子与转（zhuǎn）子间的（de）间隙也可以做（zuò）的更小（xiǎo），减少永磁体用量，并且因为随动式（shì）结构，电机不会发生扫膛现象。

　　本产品（pǐn）电（diàn）机的（de）定子为随动式结构,基于模块（kuài）化永磁直驱电（diàn）机，采（cǎi）用独立的扇形定子块结构，其随动原理（lǐ）是（shì）在定子块的轴向两侧安装滚轮（lún）且滚轮贴合滚（gǔn）筒（tǒng）来确定定（dìng）子（zǐ）与转子间的间隙（xì），定子块径（jìng）向（xiàng）外侧设有与支撑框架相连的弹性机构。弹性机构在球磨（mó）机滚筒不偏（piān）心时处于半压（yā）缩状态,如果球（qiú）磨机滚筒向上波动（dòng），转筒会向上顶定子块上安装的滚轮，进而（ér）带动定子块（kuài）向上移动，上方弹性机构继续压缩;下方定（dìng）子块（kuài）在受到永磁体对其向上的吸引（yǐn）力的同时，定子块上的弹性机构将其向上顶，保证下方定子块的滚轮依然贴合（hé）转筒外表面，使定子块跟随转（zhuǎn）筒波动而进行径向与（yǔ）圆周方向的移动，从而保（bǎo）证定子、转子之间（jiān）的间隙不变。球磨机滚筒向下复（fù）位或继续向下波动，则上方（fāng）定（dìng）子块在受到永磁体对其向下的吸引力的同时，弹性机构将上方其向下（xià）压,下方定子块被转筒（tǒng）向下压。

　　本产品弹性装置的压力大小可（kě）调，对于不同位置的定子块设置不同的压力,避免因弹性装（zhuāng）置设置的（de）压力过大造成滚轮或转（zhuǎn）筒磨损较快。

　　本产品将永（yǒng）磁电机采用（yòng）模块化控制（zhì），根据不同功率的电机设计采用不同个数的随动式定子块构成一台模（mó）块电机，一（yī）台整圆电机由多台（tái）模块电机构成（chéng）,多台（tái）模块电机共用同一个转子，模（mó）块电机包绕（rào）式安装在球磨机滚筒上。相邻随动式定子块间设有固定在支撑框架上的挡板来对定子块进行圆周（zhōu）方（fāng）向的（de）限位。球磨机滚筒的法（fǎ）兰（lán）处衔接T型支撑板,用于支撑安装电（diàn）机转子铁心及磁钢。

　　本产品的随动式（shì）定子块安装拆卸十分便捷，只需要沿球磨机的径向依次拆卸密封外壳（ké）、弹性机构、弹性机构与定子块之间的连接杆、弹性机构支撑架，即可将定子块沿径向拉出，进行检修或更换新的定子块。

　　3、采用本产品代替传统磨（mó）机（jī）的（de）电机驱动系统的优点（diǎn）

　　现（xiàn）阶段大多数的球磨机仍采用三相感应电动机、联轴器、减（jiǎn）速装置（zhì）以及齿轮结构进行驱动（dòng）。永磁同步电机与感（gǎn）应电机相比（bǐ）优势是它有较高的效率和功率因数，损耗大大降低，节约了能源。永磁电机通过变频器进行调速（sù），电机运行平稳，系统响应速度快，感（gǎn）应（yīng）电机则起动相对困（kùn）难。这些也是近年来永（yǒng）磁电机应用越来（lái）越广泛的原因。

　　采用永磁直驱，取消了中间的减（jiǎn）速机、联轴器、及齿轮（lún）的传（chuán）动环节，缩短系统的传动链，直驱系（xì）统的（de）传动效率将提升至少20%。球磨机直驱系统（tǒng）的传动效率不仅得到大幅提升，而且直驱系统（tǒng）的故障率低，维护检修方便，还避免了传（chuán）统设备因漏（lòu）油造成环境污染。

　　由于本产品电机定（dìng）子采（cǎi）用了模块化（huà）设计（jì），不仅降低（dī）了加工，制造，运输等难度，还相（xiàng）当于把一个大（dà）功率电机（jī）做成（chéng）了多个小功率电机。模块（kuài）化电机的控制技术可以实（shí）现降低大功率电机的输（shū）入电压，但是不（bú）增加电机（jī）的输入电流，电机不必采用高等级绝（jué）缘，模块化电机采用多台小功（gōng）率变频器联合供电。这样设计（jì）降低了电机的供电电压和使用（yòng）的变频器容量，从而降低成本（běn）。球（qiú）磨机运行（háng）在轻载工况时,完全可以只运行部（bù）分（fèn）模块电机驱动球磨机。

　　传统电机故障时，会（huì）导致（zhì）电机（jī）合成磁动势发生畸变，谐波含量增加，平（píng）均转（zhuǎn）矩下降（jiàng），转矩波动显著增加，无法继续正常运行。而本产品进行了模块化设计，每个（gè）模块电机都具有一套独立的控制系统，大大提升了电机控制的自由度,可以利（lì）用其多电机结构和控（kòng）制灵活的优势，在发生故障时。可以直接拆卸故障电机更换新的模块电（diàn）机即可正常运行。模块化电机具有冗余（yú）的模块数，也可切除故障子模块而控制其余正常子模块降额运行。使用本产品（pǐn）完全不会因电机发生故障而（ér）影响到生产工期（qī）。

　　球磨机因加工误差、轴承磨损、滚筒形变或重载（zǎi）产生震动等（děng）因素会发（fā）生转子偏心现（xiàn）象，偏心严重时还会造（zào）成电机扫膛损坏电机（jī），实际生产中常常（cháng）通过增（zēng）加气隙大小来预防扫膛，而气隙增大会导致永磁体用量增加，提（tí）高（gāo）电机制造成（chéng）本。随动式定子结构的模块电机，能在转筒偏（piān）心时保证定子与转子之间的间隙恒定，可将气隙做的更小，减少永磁体用量，电（diàn）机不会发生扫膛现（xiàn）象，同时因为该随动式定（dìng）子（zǐ）结构在偏心时能继续正（zhèng）常工作，检修次（cì）数更少，工（gōng）作时间更长，大（dà）体积球磨机检修复杂，降低检修次数就是提高生产效率。

　　4、随动（dòng）式球磨机（jī）装配示意图（tú）

　　二、永磁直驱立磨技术

　　1、立磨直驱对比于传（chuán）统感（gǎn）应电机（jī）的优点( 1）变频调速控制，实现负载（zǎi）工况多样性

　　传统立磨速（sù）度单一，工况适应能力差（chà）。遇到突发（fā）事件，调整（zhěng）磨鞮高（gāo）度来（lái）改变系（xì）统工（gōng）作环境，系统反应速度（dù）慢。永磁（cí）同步电机采用变（biàn）频调速（sù），适应工况能力强（qiáng）。遇到突发事件，除调整磨（mó）辗高（gāo）度外，还增加了速度调节以快速适应系统工作环境，系统反应速度更（gèng）快。

　　(2）系统简单,可靠性高（gāo）

　　传统系统因三相感（gǎn）应电机无法在低（dī）速实（shí）现大转矩输出，需要额外的盘车系统满足立磨的低（dī）速起动。为保证在电机起动过程不对电网造（zào）成过大的（de）冲击，需增（zēng）加软（ruǎn）起动装置。三相感应电机（jī）起动后，通过减速器满（mǎn）足系统转矩需要，整个（gè）系统构成复杂，系统运行的辅助设备很多。直驱系统由（yóu）变频控（kòng）制系统控制永磁（cí）同步（bù）电（diàn）机起动（dòng），转（zhuǎn）矩特性满足（zú）需要，无需盘车系统和减速器，辅助系统少（shǎo），结构简单（dān）。

　　(3）变频器软起动，起动过程随意设定

　　传统系统先由低速盘车（chē）系统起动，待三相感应电机达到起动条件后（hòu），软起动装置起动（dòng）三相（xiàng）感应电机，系统运行。系统控制复杂（zá），低速无法实现过（guò）载输出。在低速（sù）过程需要盘车系统，将转速提高到三相感（gǎn）应电机起动（dòng）条件。直驱系统直接变频低速起动，系统直接运行，系统控制简单。变频控制起动过程可（kě）根据实际工况进行调（diào）整，以满足各种工况的需求（qiú）。低速可过载输出，满足（zú）起动需要，取（qǔ）代盘车系统。

　　(4）无（wú）减速器，维护成本更低,维护（hù）次数少

　　系统各构成单元均需（xū）要时（shí）常检查和定期维护（hù），传统系统构成单元多。同时立磨减速（sù）器结构复杂需要经常维护，维护成本费用高。同时（shí）系统无法实现在低速（sù）运（yùn）行的情（qíng）况下进行系统维护。直（zhí）驱系统构成单元简单，变频器控制永磁同步电机直接驱动，控制（zhì）方便。系统内无减速器，无需额外进行维护，系统维（wéi）护成本低。同时，系统可实现在电机低速运行（háng）情况下进（jìn）行系统维护。

　　(5）传动效率高,节能效果明显

　　综上采（cǎi）用（yòng）直驱永磁电机（jī）取代传统驱动系统年节电（diàn）量达181万元（yuán）。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鲲磨机直驱系统的优势与球磨机直驱系统相同，这里不再一—赘述。

　　2、永磁直驱立磨结构示意图

　　本新型立磨结构采（cǎi）用（yòng）永磁直驱电机驱动,提高了立磨效（xiào）率。在立磨扶正（zhèng）轴承与压力（lì）轴承上进行突（tū）破（pò），通过设计一种（zhǒng）双向载（zǎi）荷扇形模块机构替代大直径轴承，方便加工、生产、运输、装（zhuāng）配、维修，并降低成本,在工程实际中具有很强的实用型。

　　针对大、中、小型（xíng）不同尺寸的立磨，分别设（shè）计了（le）三种立磨专用永磁电机，代替传统的减速机与（yǔ）三相异步电（diàn）动机，永（yǒng）磁直驱电机具有双向载荷机构与不同的放置（zhì）位置（zhì），均能达到扶正与承压的作用，并且方便制造、装配维护，节省成本。均已申请专 利。