1、技術背（bèi）景　　傳統的球磨機（jī）、立磨（mó）機大都采用三（sān）相（xiàng）異步電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝（zhuāng）置以及齒輪結構進行驅動，導致（zhì）球磨機的傳動係統（tǒng）存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜（zá）、運行維護工作量大等問題。　　沈陽工業（yè）大學電機（jī）與控製技術研究所與河南91视频网機電設備有限公司聯合設（shè）計研發的球磨機、立磨機采（cǎi）用永磁（cí）直驅電機,通過（guò）將電動機與機械結構進行機電一體化設計（jì），取（qǔ）消動力傳（chuán）輸的（de）中間環（huán）節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率（lǜ）因數，具有節能、起動轉（zhuǎn）矩大、過載能力強、係統免維護、自動化（huà）程度高等優點。　　在控製方麵,本產（chǎn）品電機定子采用了模塊化（huà）設計，不僅降低（dī）了加工、製造（zào）、運輸等難度，還相當於把一（yī）個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技（jì）術可以實現降低大（dà）功率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電機的輸入電流（liú），電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯（lián）合供（gòng）電，這樣設計降低了電機的（de）供電電壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成本。每個模塊電（diàn）機都具（jù）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（miàn），本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結（jié）構，將整圓的（de）定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形（xíng）塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨（suí）轉筒運動（dòng）從而保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證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比（bǐ）普通永（yǒng）磁（cí）直驅電機的小很多，從而大幅降（jiàng）低電機（jī）永磁體用（yòng）量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電（diàn）量。當模塊（kuài）發生故障時，直接拆卸故（gù）障電機，更（gèng）換新的模塊電機即可（kě）正（zhèng）常運行。使用本產品完全（quán）不會因電機發生故障（zhàng）而影響到（dào）生產（chǎn）工期。　　2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述　　本（běn）產品的隨動式定子結構構成一種“小（xiǎo）車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像（xiàng）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，即滾筒偏心浮動不影響（xiǎng）滾輪（lún）貼合滾筒，保證定子、轉子間隙（xì）恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變、重載震動等原因造（zào）成電（diàn）機（jī）偏心、氣隙不均（jun1）勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子（zǐ）間（jiān）的間隙也（yě）可以做的更小，減少永磁（cí）體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生（shēng）掃膛現象。　　本產品電機的定子為隨動（dòng）式結（jié）構,基於模塊（kuài）化永磁直驅電機，采用（yòng）獨立的扇形定子塊結構，其隨（suí）動原（yuán）理是在定子塊的軸向（xiàng）兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來（lái）確定定子與轉子間的（de）間隙（xì），定（dìng）子塊徑向外側設有與支撐（chēng）框架相連的彈性機構。彈（dàn）性機構在球磨機滾（gǔn）筒不偏心時處於半壓縮狀（zhuàng）態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子（zǐ）塊上安裝的滾（gǔn）輪，進（jìn）而帶動定子塊向（xiàng）上移動，上方彈性機（jī）構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂（dǐng），保證下方定子塊的滾輪（lún）依然貼合轉筒外表麵，使（shǐ）定子塊跟隨轉筒（tǒng）波動而進行徑向（xiàng）與圓周（zhōu）方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙（xì）不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則（zé）上方定子塊（kuài）在受（shòu）到永磁體對（duì）其向下的吸引力（lì）的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。　　本產（chǎn）品彈性裝置的壓力大小可調，對（duì）於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈（dàn）性（xìng）裝置設置的壓力過大造成（chéng）滾輪或轉筒磨損較快。　　本產品將永磁電機采用模塊化控製，根（gēn）據（jù）不同功率的電機設計采用不同個（gè）數的隨動（dòng）式定子塊構成（chéng）一台模塊電機，一台整圓電機由多（duō）台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機（jī）包繞式安裝在（zài）球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子（zǐ）塊間設有（yǒu）固定在支撐框架上的擋板（bǎn）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（zhī）撐板,用於（yú）支（zhī）撐安裝電機轉子（zǐ）鐵心及磁鋼。　　本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分（fèn）便捷，隻需要沿球磨機的（de）徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子（zǐ）塊之間的連接杆、彈（dàn）性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出（chū），進行檢修或更換新的定子塊。　　3、采用本產品代替傳統磨機（jī）的電機驅動係統的優點　　現階段大多數的球（qiú）磨機仍采（cǎi）用三相感應電動機、聯軸器、減速裝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（tā）有較高（gāo）的（de）效率和功率因數，損耗（hào）大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進（jìn）行調速（sù），電機運（yùn）行平穩，係（xì）統響應速度（dù）快，感應電機則起動相對困難（nán）。這些（xiē）也（yě）是近年來永（yǒng）磁電機應用越來越廣泛的原因。　　采用（yòng）永磁直（zhí）驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的（de）傳動環節，縮短係統的（de）傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少（shǎo）20%。球磨機直驅係統的傳動效率（lǜ）不僅得到大幅提升，而且直驅係統（tǒng）的故障率低，維（wéi）護檢修方便，還避免（miǎn）了傳統（tǒng）設備因漏油造成環境（jìng）汙染。　　由於（yú）本產品電（diàn）機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運（yùn）輸等（děng）難度，還相當於把一個大功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）實現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕（jué）緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣（yàng）設（shè）計降低了（le）電機的（de）供電電壓和使（shǐ）用（yòng）的（de）變頻器容量，從而降低成本。球磨機（jī）運行在輕載工況時（shí）,完全可（kě）以隻運行部分（fèn）模塊電機驅動球磨機。　　傳統電機（jī）故障時，會導致（zhì）電（diàn）機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩（jǔ）下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。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（xì）統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其（qí）多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故（gù）障時。可以直接（jiē）拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行（háng）。模塊化電機具有冗餘的模（mó）塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常（cháng）子模塊降額運行。使用（yòng）本產品完全不會（huì）因電機發生故障而（ér）影響到生產工期。　　球磨機因加工誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現（xiàn）象，偏心嚴重時還（hái）會造（zào）成電機掃（sǎo）膛損壞電機，實際生產（chǎn）中常常通（tōng）過（guò）增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用（yòng）量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模（mó）塊（kuài）電機，能在轉筒偏心時保（bǎo）證定子與轉子（zǐ）之間的間隙恒定，可將氣隙做（zuò）的（de）更小（xiǎo），減少永磁（cí）體用量，電機（jī）不會發生掃（sǎo）膛現象，同時因為該隨（suí）動式定子結構在（zài）偏心時（shí）能繼續正常工作，檢（jiǎn）修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢（jiǎn）修次數（shù）就是提高生產效率。　　4、隨動式（shì）球磨機（jī）裝配示意圖　　二、永磁直（zhí）驅立磨技術　　1、立（lì）磨直驅對比於傳統感（gǎn）應電機的優點（diǎn）( 1）變頻調（diào）速控製，實現負（fù）載工況多樣性　　傳統立磨（mó）速度單一，工況適應能力差。遇到（dào）突發事件，調整磨鞮（dī）高度來改變係統工作環境，係統反應速（sù）度（dù）慢。永磁同步電機采用變頻調速（sù），適應工況能力強（qiáng）。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還（hái）增加了速度調（diào）節以快速適應係（xì）統工作環境，係統反應速度更快。　　(2）係統（tǒng）簡單,可靠性高　　傳統係統（tǒng）因三相感應（yīng）電機無（wú）法在（zài）低（dī）速實現大轉矩輸（shū）出，需要額外的盤車係統滿足立（lì）磨的低速（sù）起動。為保證在電機起動（dòng）過程不對電網造成過大（dà）的衝擊，需增加軟起動裝置。三（sān）相感應電機（jī）起動後，通過減速器（qì）滿足（zú）係統轉矩需（xū）要，整（zhěng）個（gè）係統構成複雜，係統運行（háng）的輔助設備很多。直驅係統（tǒng）由變頻控（kòng）製係統控製永磁同（tóng）步電機起動（dòng），轉（zhuǎn）矩特性滿足需要，無（wú）需盤車係統和減速器，輔（fǔ）助係統（tǒng）少，結構簡單。　　(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定　　傳統係統先由低速（sù）盤車係統起動，待三相感（gǎn）應電機達到（dào）起（qǐ）動條件後，軟起動裝（zhuāng）置起動（dòng）三相感應電機，係統運行。係統（tǒng）控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直（zhí）驅係統直（zhí）接變頻低速起動（dòng），係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過（guò）程可根據實際（jì）工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出（chū），滿足起動需要，取代（dài）盤車係（xì）統（tǒng）。　　(4）無減速器，維護成本更低,維（wéi）護次數少　　係統各構成單元均需要時常檢查（chá）和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨（mó）減速器結（jié）構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下（xià）進行（háng）係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器（qì）控製永磁同步電機直接驅動，控製方便（biàn）。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維（wéi）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維護。　　(5）傳動效率高,節能效（xiào）果明顯　　綜上采用直驅永（yǒng）磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的（de）優勢與球磨機直（zhí）驅係統相同，這裏不再一—贅述。　　2、永磁直驅立（lì）磨結構示意圖　　本新型立磨結（jié）構采用永磁（cí）直驅電機驅（qū）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（pò），通過設（shè）計一種雙向（xiàng）載（zǎi）荷扇（shàn）形模塊機構替代大直徑軸承，方（fāng）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實用型。　　針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機（jī）與三相異步電（diàn）動機，永磁直驅電機具有雙向（xiàng）載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護（hù），節省成本。均已（yǐ）申請專 利。