1、技术背景

　　传统（tǒng）的球磨机、立磨机大都采用三相异步电（diàn）动（dòng）机、联轴器、减速装置以及齿轮（lún）结构进行驱动，导致球磨机的传动系（xì）统存在机械传动链冗长（zhǎng）、效率低、机构复杂、运行维（wéi）护工作量大等问题。

　　沈阳工业大学电机与控制技术研究所与河南全新机电设备有限公司联合（hé）设（shè）计研发的球磨机、立磨机（jī）采用永磁直驱电机,通过将电动（dòng）机与机械结构进行机电一体化设计，取消动力传输的中间环节，做成直驱方案，能直接满足（zú）荷载的需求，省去传统磨机的减速机（jī），显著（zhe）提高了电机的效率与功率因（yīn）数，具有节（jiē）能、起动转矩大、过载能力强、系统免维护、自动化程度高等优点。

　　在控制方面（miàn）,本产（chǎn）品电机定（dìng）子采用了模块化设计（jì），不仅降低了加（jiā）工、制造、运输（shū）等难度，还相当于把一个（gè）大功率电机做成了多个小功率电机。模块化电机的控制（zhì）技（jì）术可以实现降低大功率电机的（de）输（shū）入电压，但是不增加电机的输入电流，电机不必采用高等级绝（jué）缘。模块化（huà）电机采用多台小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（de）变频器容量，从而降低成本。每个模块电机都具有一套独立（lì）的控（kòng）制系统，大大提升了电机控制的自由度，球磨机运行在轻载（zǎi）工况时，完全可以只运行部分模块电机驱动球磨机（jī）。

　　在结构方面，本（běn）产品电机（jī）的定（dìng）子（zǐ）采用了（le）一种自主设计研发的随动式结构（gòu），将整（zhěng）圆的定子分成若干个相互存在间隙的小扇形块，通过机械结构设计，确定了一种（zhǒng）无论球磨机转筒是否震动或偏（piān）心，定子（zǐ）块始终跟随转筒运（yùn）动从而保持定子与转子间隙恒定的结构。本产品通过机械结构设计保证定（dìng）子与转子间的间隙恒定，电机不会发生扫膛现象，因此电机的气隙可以设计的比普通（tōng）永磁直驱电机的小很（hěn）多，从而大幅降低电（diàn）机永磁体用（yòng）量，降低生产成（chéng）本，节约稀土（tǔ）资（zī）源，节能用电量。当模块发生故障时，直接拆卸故障（zhàng）电机，更换新的模块电机即可正常运行。使用本产品完全不会因电机发生（shēng）故障而影响到生产工期。

　　2、球磨机专用随动式永磁直驱电机（jī）概述

　　本产品的随动式定子结构构成一种“小车结构”，滚筒就像公路（lù），定子块就像汽车。滚轮贴合滚筒旋转相当于汽车在公（gōng）路行驶，公（gōng）路的起伏不（bú）影响车轮与地面贴合，即滚筒偏心（xīn）浮动不影（yǐng）响滚轮贴合滚筒，保证定子、转子（zǐ）间隙恒定，在球磨机（jī）因装配误差、轴（zhóu）承磨损、滚筒形变（biàn）、重载震动等原因造成电机偏心、气（qì）隙不均匀时，仍能正常（cháng）运转，保证磨机始终（zhōng）运行在性能（néng）状态，不必停（tíng）机检修。同时电机定子与转子间的间隙也可以做的更小，减少永磁体用量，并且因为随动式结构，电机（jī）不会发生扫膛现象。

　　本产品电机的定（dìng）子为随动式结构（gòu）,基于模块化永磁直驱电机，采用独立（lì）的扇形定子块结构，其随动原（yuán）理是（shì）在定子块的轴向两侧安装滚轮且滚轮贴合滚筒来确定定子与转子间的间（jiān）隙（xì），定子块（kuài）径向外侧设有与支撑框架（jià）相连（lián）的弹性机构。弹性机构在球磨机滚筒不偏心时处于半（bàn）压缩状态,如果球磨机（jī）滚筒向上波动，转筒会（huì）向上顶定子块上安装的滚（gǔn）轮，进而带动定子块向上移动，上方弹性机构继续压缩;下方定子块在受到永磁体对其向上的吸引力的同时，定子（zǐ）块上的弹（dàn）性机构将其向上顶，保证下方定子块的滚轮依然（rán）贴合转筒外表面，使定子块跟随转筒波动而进行径向与圆周方向的移动，从而保证定子、转子（zǐ）之间的间（jiān）隙（xì）不变。球磨机（jī）滚筒向下复位或继续向（xiàng）下波动，则上方（fāng）定子块在受到永磁体对其向（xiàng）下的吸引力的同时，弹性机构将（jiāng）上方其向下压,下方定子块被转筒向下压。

　　本产（chǎn）品弹性装置的压力大小可调，对于不同位置的定子块设置（zhì）不同（tóng）的（de）压力,避免因弹（dàn）性装置（zhì）设置的压力过大造成滚轮或转筒（tǒng）磨（mó）损较（jiào）快。

　　本产品将永磁电机采用模块化控制，根据不同功率的（de）电机设计采（cǎi）用不同个数的随动（dòng）式定子块（kuài）构成一台模块（kuài）电机，一台整（zhěng）圆电机由多台模块电机构成,多台模（mó）块电机共用同一个转子（zǐ），模块电机包绕式安装在球磨机滚筒上。相（xiàng）邻随动式定子块间设有固（gù）定（dìng）在支撑框（kuàng）架上的挡板来对定子（zǐ）块进行圆（yuán）周方向的限（xiàn）位。球磨机滚筒（tǒng）的法兰处衔接T型支撑板,用于（yú）支（zhī）撑安装电（diàn）机（jī）转子铁心及磁钢。

　　本产（chǎn）品的随动式定子块安装（zhuāng）拆（chāi）卸十分便捷，只需要沿球磨机的径向依次拆（chāi）卸密封外壳、弹性机（jī）构、弹性机构与（yǔ）定子块之间的连接杆（gǎn）、弹性机构支撑（chēng）架，即可（kě）将定子块沿径向拉出，进行检（jiǎn）修或更换新的定子块（kuài）。

　　3、采用本产（chǎn）品代替传（chuán）统磨机的电机驱动系统的优点

　　现阶段大多数的球磨机仍采用三相感应电动机、联轴器、减速装置以及齿轮结构进行驱动。永磁同步电机与感应电机相比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（cí）电机通（tōng）过变频器进行调速，电机运（yùn）行平稳，系统响应速度快，感应电机则起动相对（duì）困难。这些也是近年来（lái）永磁电机应用（yòng）越（yuè）来越广泛的原因。

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

　　由于本产品电机定子采用了模块化设计，不（bú）仅（jǐn）降低了加工，制造，运输等难度，还相当于把一个大功率（lǜ）电机做成了（le）多个小功率电机。模块化电机的控制技术（shù）可以实现降低大功率电机（jī）的（de）输入电压，但是不增加电机的输入电流，电（diàn）机不必采用高等级绝缘，模块化电机采用多台小功率变频器联合供电。这样（yàng）设计降低了电机的供电电（diàn）压和使用的变频器容量，从而降低成本。球磨机运行在轻载工况时,完全可以只运行（háng）部分模块电机驱动球磨机。

　　传统电机故障时，会（huì）导致电机合（hé）成磁动（dòng）势发生畸变，谐波含量增加，平均转矩（jǔ）下降，转矩波动显著（zhe）增加，无法继续正（zhèng）常（cháng）运行。而本产品进行了模块化设计，每个模块电机（jī）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（dù）,可以利用其多（duō）电机结构和控制灵（líng）活的优势（shì），在发生故障时。可以直接拆卸故（gù）障电机更换新的模块电机即可正常运行。模块化电机具有冗余的模块（kuài）数，也可切除故障（zhàng）子模块而控制其（qí）余正常子模块降额运行。使用本产品完全不会因电机发生故障而影响（xiǎng）到生产工期。

　　球磨机因加工误差、轴承磨损、滚筒形变或重（chóng）载产生震动等因素会发生转子偏心现象，偏心严重时还会造（zào）成电机扫（sǎo）膛损坏电机，实际生产中常常（cháng）通过增（zēng）加气隙大小来（lái）预（yù）防扫膛，而气隙增大会（huì）导致（zhì）永磁体用量增加，提高电机制造成本。随动式定（dìng）子结构的模块电机，能在转筒偏心时保（bǎo）证定子与转子之间的（de）间隙恒定，可（kě）将气隙做的更小，减少永磁体用量，电机不会发生扫膛现象，同时因（yīn）为该随动式定子结构在偏心（xīn）时能继（jì）续正常工作，检修次数更少，工作（zuò）时间更（gèng）长，大体积球（qiú）磨（mó）机检修复杂，降低检修次数就是提高生产效率。

　　4、随动式球磨机装配示意（yì）图

　　二、永磁直驱立磨技术

　　1、立磨直驱对比于（yú）传统感应电机的优点( 1）变频（pín）调（diào）速控制，实现负载工况多样（yàng）性

　　传统立（lì）磨速度单（dān）一，工况（kuàng）适应能力差。遇到突（tū）发事件，调整磨（mó）鞮高度来改（gǎi）变系统工作环境，系（xì）统反应速度慢。永磁同步电机采用变频调速，适应工况能力强。遇到（dào）突发事件，除调（diào）整磨辗高度外，还（hái）增加了（le）速度调节以（yǐ）快速适应系统（tǒng）工作环境，系统反应速度更快。

　　(2）系统（tǒng）简单,可靠（kào）性高

　　传统系统因三相感应电机（jī）无法在低速实现大转矩输出，需要额外的（de）盘车系统满足立（lì）磨的低速起动。为（wéi）保证在电机起动过程不对电网造成过大的（de）冲击，需增加软起动装置。三（sān）相（xiàng）感应（yīng）电机起动后，通过减速器满足系统转矩需要，整个系统构成复杂（zá），系统运行的（de）辅助设备很多。直驱系（xì）统（tǒng）由变频控制系统控制永（yǒng）磁同步电机起动，转矩特性满足（zú）需要（yào），无（wú）需（xū）盘车系统和减速器，辅助（zhù）系统少，结构简单。

　　(3）变频器软（ruǎn）起动，起动过程随意设定

　　传统系统（tǒng）先由低速盘车系统起动（dòng），待三相（xiàng）感（gǎn）应电机达（dá）到起动条件后，软起动装置起动三相感应（yīng）电机，系统运行。系统控制复杂，低速无法实现过载输出。在低速过程需要盘车系统，将转速提（tí）高到三（sān）相感应电机起动条件（jiàn）。直驱（qū）系统直接变（biàn）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根据实际工况进行调整，以满足（zú）各种工况的需求。低速可过载输出，满足起动需要，取（qǔ）代盘车系（xì）统。

　　(4）无减速器（qì），维护成本更低,维护次（cì）数（shù）少

　　系统各构成单元均需要（yào）时常检查和（hé）定期（qī）维护，传统（tǒng）系统构成单元多。同时立磨减速（sù）器结构复杂需要（yào）经常维（wéi）护，维护成（chéng）本费用高。同时系统无法实现在低速运行的情况下进行系统维护（hù）。直（zhí）驱系统（tǒng）构（gòu）成单元简单，变频（pín）器控制永磁同步电机（jī）直接驱动，控制方便。系统（tǒng）内（nèi）无减速器，无需额外进（jìn）行维护，系统维护成本低。同时，系统可实（shí）现在（zài）电机低速运行情况下（xià）进行系统维护。

　　(5）传动效率（lǜ）高（gāo）,节能效果明显

　　综上采用直驱永磁电（diàn）机取（qǔ）代传统驱（qū）动系统年节电量达181万元（yuán）。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鲲磨机直驱系（xì）统的优势与球磨机直驱（qū）系统相同，这里不再一（yī）—赘述。

　　2、永磁直驱立磨结构示意图

　　本（běn）新型立磨结构采用永磁直驱电机驱动,提高了（le）立磨效率。在立（lì）磨扶正轴承与压力轴承上进行突破，通（tōng）过（guò）设计一种双向载荷扇形模（mó）块机构替代大直径轴承（chéng），方便加工（gōng）、生产、运输、装配、维修，并降低成本,在工（gōng）程（chéng）实（shí）际中具有很强的实用型（xíng）。

　　针对大（dà）、中、小型不同尺寸的立磨（mó），分（fèn）别设计了三种立磨专用永磁电机，代替传（chuán）统（tǒng）的减速机与三相异步电动机，永磁直驱电机具（jù）有双向载荷机（jī）构与不同的（de）放置位置，均能达到扶正与（yǔ）承压的（de）作用（yòng），并且方（fāng）便制造、装配维护，节省成本。均已申请（qǐng）专 利。