1、技(jì )術背景

　　傳統的球磨機、立磨機大都采用(yòng)三相異步電(diàn)動機、聯軸器、減速裝(zhuāng)置以及齒輪結構進行驅動，導緻球磨機的傳動系統存在機械傳動鏈冗長(cháng)、效率低、機構複雜、運行維護工(gōng)作(zuò)量大等問題。

　　沈陽工(gōng)業大學(xué)電(diàn)機與控制技(jì )術研究所與河南全新(xīn)機電(diàn)設備有(yǒu)限公(gōng)司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用(yòng)永磁直驅電(diàn)機,通過将電(diàn)動機與機械結構進行機電(diàn)一體(tǐ)化設計，取消動力傳輸的中(zhōng)間環節，做成直驅方案，能(néng)直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電(diàn)機的效率與功率因數，具(jù)有(yǒu)節能(néng)、起動轉矩大、過載能(néng)力強、系統免維護、自動化程度高等優點。

　　在控制方面,本産(chǎn)品電(diàn)機定子采用(yòng)了模塊化設計，不僅降低了加工(gōng)、制造、運輸等難度，還相當于把一個大功率電(diàn)機做成了多(duō)個小(xiǎo)功率電(diàn)機。模塊化電(diàn)機的控制技(jì )術可(kě)以實現降低大功率電(diàn)機的輸入電(diàn)壓，但是不增加電(diàn)機的輸入電(diàn)流，電(diàn)機不必采用(yòng)高等級絕緣。模塊化電(diàn)機采用(yòng)多(duō)台小(xiǎo)功率變頻器聯合供電(diàn)，這樣設計降低了電(diàn)機的供電(diàn)電(diàn)壓和使用(yòng)的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電(diàn)機都具(jù)有(yǒu)一套獨立的控制系統，大大提升了電(diàn)機控制的自由度，球磨機運行在輕載工(gōng)況時，完全可(kě)以隻運行部分(fēn)模塊電(diàn)機驅動球磨機。

　　在結構方面，本産(chǎn)品電(diàn)機的定子采用(yòng)了一種自主設計研發的随動式結構，将整圓的定子分(fēn)成若幹個相互存在間隙的小(xiǎo)扇形塊，通過機械結構設計，确定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟随轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本産(chǎn)品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電(diàn)機不會發生掃膛現象，因此電(diàn)機的氣隙可(kě)以設計的比普通永磁直驅電(diàn)機的小(xiǎo)很(hěn)多(duō)，從而大幅降低電(diàn)機永磁體(tǐ)用(yòng)量，降低生産(chǎn)成本，節約稀土資源，節能(néng)用(yòng)電(diàn)量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電(diàn)機，更換新(xīn)的模塊電(diàn)機即可(kě)正常運行。使用(yòng)本産(chǎn)品完全不會因電(diàn)機發生故障而影響到生産(chǎn)工(gōng)期。

　　2、球磨機專用(yòng)随動式永磁直驅電(diàn)機概述

　　本産(chǎn)品的随動式定子結構構成一種“小(xiǎo)車(chē)結構”，滾筒就像公(gōng)路，定子塊就像汽車(chē)。滾輪貼合滾筒旋轉相當于汽車(chē)在公(gōng)路行駛，公(gōng)路的起伏不影響車(chē)輪與地面貼合，即滾筒偏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、滾筒形變、重載震動等原因造成電(diàn)機偏心、氣隙不均勻時，仍能(néng)正常運轉，保證磨機始終運行在性能(néng)狀态，不必停機檢修。同時電(diàn)機定子與轉子間的間隙也可(kě)以做的更小(xiǎo)，減少永磁體(tǐ)用(yòng)量，并且因為(wèi)随動式結構，電(diàn)機不會發生掃膛現象。

　　本産(chǎn)品電(diàn)機的定子為(wèi)随動式結構,基于模塊化永磁直驅電(diàn)機，采用(yòng)獨立的扇形定子塊結構，其随動原理(lǐ)是在定子塊的軸向兩側安(ān)裝(zhuāng)滾輪且滾輪貼合滾筒來确定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有(yǒu)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于半壓縮狀态,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，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體(tǐ)對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構将其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表面，使定子塊跟随轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體(tǐ)對其向下的吸引力的同時，彈性機構将上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。

　　本産(chǎn)品彈性裝(zhuāng)置的壓力大小(xiǎo)可(kě)調，對于不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝(zhuāng)置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。

　　本産(chǎn)品将永磁電(diàn)機采用(yòng)模塊化控制，根據不同功率的電(diàn)機設計采用(yòng)不同個數的随動式定子塊構成一台模塊電(diàn)機，一台整圓電(diàn)機由多(duō)台模塊電(diàn)機構成,多(duō)台模塊電(diàn)機共用(yòng)同一個轉子，模塊電(diàn)機包繞式安(ān)裝(zhuāng)在球磨機滾筒上。相鄰随動式定子塊間設有(yǒu)固定在支撐框架上的擋闆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型支撐闆,用(yòng)于支撐安(ān)裝(zhuāng)電(diàn)機轉子鐵心及磁鋼。

　　本産(chǎn)品的随動式定子塊安(ān)裝(zhuāng)拆卸十分(fēn)便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可(kě)将定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新(xīn)的定子塊。

　　3、采用(yòng)本産(chǎn)品代替傳統磨機的電(diàn)機驅動系統的優點

　　現階段大多(duō)數的球磨機仍采用(yòng)三相感應電(diàn)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(diàn)機與感應電(diàn)機相比優勢是它有(yǒu)較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能(néng)源。永磁電(diàn)機通過變頻器進行調速，電(diàn)機運行平穩，系統響應速度快，感應電(diàn)機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電(diàn)機應用(yòng)越來越廣泛的原因。

　　采用(yòng)永磁直驅，取消了中(zhōng)間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短系統的傳動鏈，直驅系統的傳動效率将提升至少20%。球磨機直驅系統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅系統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境污染。

　　由于本産(chǎn)品電(diàn)機定子采用(yòng)了模塊化設計，不僅降低了加工(gōng)，制造，運輸等難度，還相當于把一個大功率電(diàn)機做成了多(duō)個小(xiǎo)功率電(diàn)機。模塊化電(diàn)機的控制技(jì )術可(kě)以實現降低大功率電(diàn)機的輸入電(diàn)壓，但是不增加電(diàn)機的輸入電(diàn)流，電(diàn)機不必采用(yòng)高等級絕緣，模塊化電(diàn)機采用(yòng)多(duō)台小(xiǎo)功率變頻器聯合供電(diàn)。這樣設計降低了電(diàn)機的供電(diàn)電(diàn)壓和使用(yòng)的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工(gōng)況時,完全可(kě)以隻運行部分(fēn)模塊電(diàn)機驅動球磨機。

　　傳統電(diàn)機故障時，會導緻電(diàn)機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本産(chǎn)品進行了模塊化設計，每個模塊電(diàn)機都具(jù)有(yǒu)一套獨立的控制系統，大大提升了電(diàn)機控制的自由度,可(kě)以利用(yòng)其多(duō)電(diàn)機結構和控制靈活的優勢，在發生故障時。可(kě)以直接拆卸故障電(diàn)機更換新(xīn)的模塊電(diàn)機即可(kě)正常運行。模塊化電(diàn)機具(jù)有(yǒu)冗餘的模塊數，也可(kě)切除故障子模塊而控制其餘正常子模塊降額運行。使用(yòng)本産(chǎn)品完全不會因電(diàn)機發生故障而影響到生産(chǎn)工(gōng)期。

　　球磨機因加工(gōng)誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載産(chǎn)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(diàn)機掃膛損壞電(diàn)機，實際生産(chǎn)中(zhōng)常常通過增加氣隙大小(xiǎo)來預防掃膛，而氣隙增大會導緻永磁體(tǐ)用(yòng)量增加，提高電(diàn)機制造成本。随動式定子結構的模塊電(diàn)機，能(néng)在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可(kě)将氣隙做的更小(xiǎo)，減少永磁體(tǐ)用(yòng)量，電(diàn)機不會發生掃膛現象，同時因為(wèi)該随動式定子結構在偏心時能(néng)繼續正常工(gōng)作(zuò)，檢修次數更少，工(gōng)作(zuò)時間更長(cháng)，大體(tǐ)積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生産(chǎn)效率。

　　4、随動式球磨機裝(zhuāng)配示意圖

　　二、永磁直驅立磨技(jì )術

　　1、立磨直驅對比于傳統感應電(diàn)機的優點( 1）變頻調速控制，實現負載工(gōng)況多(duō)樣性

　　傳統立磨速度單一，工(gōng)況适應能(néng)力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變系統工(gōng)作(zuò)環境，系統反應速度慢。永磁同步電(diàn)機采用(yòng)變頻調速，适應工(gōng)況能(néng)力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速适應系統工(gōng)作(zuò)環境，系統反應速度更快。

　　(2）系統簡單,可(kě)靠性高

　　傳統系統因三相感應電(diàn)機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車(chē)系統滿足立磨的低速起動。為(wèi)保證在電(diàn)機起動過程不對電(diàn)網造成過大的沖擊，需增加軟起動裝(zhuāng)置。三相感應電(diàn)機起動後，通過減速器滿足系統轉矩需要，整個系統構成複雜，系統運行的輔助設備很(hěn)多(duō)。直驅系統由變頻控制系統控制永磁同步電(diàn)機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車(chē)系統和減速器，輔助系統少，結構簡單。

　　(3）變頻器軟起動，起動過程随意設定

　　傳統系統先由低速盤車(chē)系統起動，待三相感應電(diàn)機達到起動條件後，軟起動裝(zhuāng)置起動三相感應電(diàn)機，系統運行。系統控制複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車(chē)系統，将轉速提高到三相感應電(diàn)機起動條件。直驅系統直接變頻低速起動，系統直接運行，系統控制簡單。變頻控制起動過程可(kě)根據實際工(gōng)況進行調整，以滿足各種工(gōng)況的需求。低速可(kě)過載輸出，滿足起動需要，取代盤車(chē)系統。

　　(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少

　　系統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統系統構成單元多(duō)。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用(yòng)高。同時系統無法實現在低速運行的情況下進行系統維護。直驅系統構成單元簡單，變頻器控制永磁同步電(diàn)機直接驅動，控制方便。系統内無減速器，無需額外進行維護，系統維護成本低。同時，系統可(kě)實現在電(diàn)機低速運行情況下進行系統維護。

　　(5）傳動效率高,節能(néng)效果明顯

　　綜上采用(yòng)直驅永磁電(diàn)機取代傳統驅動系統年節電(diàn)量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鲲磨機直驅系統的優勢與球磨機直驅系統相同，這裏不再一—贅述。

　　2、永磁直驅立磨結構示意圖

　　本新(xīn)型立磨結構采用(yòng)永磁直驅電(diàn)機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，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(gōng)、生産(chǎn)、運輸、裝(zhuāng)配、維修，并降低成本,在工(gōng)程實際中(zhōng)具(jù)有(yǒu)很(hěn)強的實用(yòng)型。

　　針對大、中(zhōng)、小(xiǎo)型不同尺寸的立磨，分(fēn)别設計了三種立磨專用(yòng)永磁電(diàn)機，代替傳統的減速機與三相異步電(diàn)動機，永磁直驅電(diàn)機具(jù)有(yǒu)雙向載荷機構與不同的放置位置，均能(néng)達到扶正與承壓的作(zuò)用(yòng)，并且方便制造、裝(zhuāng)配維護，節省成本。均已申請專 利。