1、技術背景　　傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異（yì）步電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進（jìn）行驅動，導致（zhì）球磨機的傳（chuán）動係統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）大學電機與控製技術研究（jiū）所與河（hé）南全新機電設（shè）備有限公司聯合設計研（yán）發的球（qiú）磨機、立磨機采用永磁直驅電機（jī）,通過（guò）將電動機（jī）與機械結構進（jìn）行（háng）機電一體（tǐ）化設計，取消動（dòng）力傳輸的中間環節，做成直（zhí）驅方案，能直接（jiē）滿足荷載的需求，省（shěng）去傳（chuán）統磨機（jī）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、過載能力強、係統免維（wéi）護、自（zì）動（dòng）化程度高等優點。　　在控製方麵,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（yùn）輸（shū）等難度，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實現降低大功率電（diàn）機的輸入（rù）電壓，但（dàn）是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣（yuán）。模塊化（huà）電機（jī）采用多台小功率變頻器聯合供電，這（zhè）樣設計（jì）降低了電機（jī）的（de）供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而（ér）降低成本。每個（gè）模（mó）塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由（yóu）度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行（háng）部分模塊電（diàn）機驅動球磨機（jī）。　　在結（jié）構方麵，本產品電機的定子采用了一（yī）種自主設計研發的隨動式結（jié）構，將（jiāng）整圓的定子分成若幹個相互（hù）存在間隙的小扇（shàn）形塊，通過（guò）機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒（tǒng）是否震動或偏心，定子塊始終（zhōng）跟隨轉筒運動從而保持定（dìng）子與（yǔ）轉子間隙恒（héng）定的結構。本產品通過機械結構設計（jì）保證定子與轉子間（jiān）的間隙恒定，電機（jī）不會發生掃膛現象（xiàng），因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很（hěn）多，從而大幅（fú）降低電（diàn）機永磁體用（yòng）量，降低生產成本，節約稀土資源（yuán），節能用電量。當（dāng）模塊發生故障時，直接（jiē）拆卸故障電機，更換新的模塊電機（jī）即（jí）可正（zhèng）常運行。使（shǐ）用（yòng）本產品完全不會因電機發（fā）生故障而影響到生產工期。　　2、球磨機（jī）專用（yòng）隨動式永磁直驅（qū）電機概述（shù）　　本產品（pǐn）的隨動（dòng）式定子結構構成一種“小車結構（gòu）”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當（dāng）於汽車（chē）在公路行駛（shǐ），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滾輪貼合滾筒，保證定（dìng）子、轉子間隙恒定，在球磨（mó）機因裝配誤差（chà）、軸承（chéng）磨損、滾（gǔn）筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終（zhōng）運行在（zài）性能狀態，不必停機檢修。同（tóng）時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永（yǒng）磁體用（yòng）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式結（jié）構,基於（yú）模塊化永磁直（zhí）驅電（diàn）機（jī），采用獨立的扇形（xíng）定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪（lún）且滾輪貼（tiē）合滾筒（tǒng）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連（lián）的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀（zhuàng）態,如果球磨機滾筒向（xiàng）上波動，轉筒會向上頂定子塊上（shàng）安裝的滾輪，進而帶動（dòng）定子塊（kuài）向上移動，上方彈性機構繼（jì）續壓縮;下方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其向上的吸引力（lì）的同時，定子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，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑（jìng）向與（yǔ）圓周方向（xiàng）的移動（dòng），從而保證定子、轉子之間的間（jiān）隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續（xù）向下波（bō）動，則上方定子塊在受（shòu）到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機（jī）構將上方其向下壓,下方定子塊（kuài）被轉筒向下（xià）壓。　　本（běn）產品彈（dàn）性裝置的（de）壓力大小（xiǎo）可調，對於不同位置的定子塊設置不同（tóng）的壓力,避免因彈性裝置設置（zhì）的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。　　本產品（pǐn）將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構（gòu）成一台模塊電機（jī），一台整（zhěng）圓電（diàn）機由多台模塊電機構成,多（duō）台模塊電機共用同一個轉子，模（mó）塊電機（jī）包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動（dòng）式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來（lái）對定子（zǐ）塊進行（háng）圓周方（fāng）向的限位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉（zhuǎn）子鐵心及磁鋼（gāng）。　　本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便（biàn）捷，隻需要沿球（qiú）磨機的徑向依次拆卸密封外殼（ké）、彈性機構、彈性機構（gòu）與（yǔ）定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可（kě）將定子塊沿徑（jìng）向拉出，進行檢修或（huò）更換新的定子塊。　　3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點　　現階段大多數的球磨機仍采用三（sān）相感應電動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電（diàn）機與感應電機（jī）相（xiàng）比（bǐ）優勢是它有（yǒu）較高的效率和功（gōng）率因數，損耗大大（dà）降低，節約了能源（yuán）。永磁電機通過變（biàn）頻器進行（háng）調速，電機運行（háng）平穩，係統響應速（sù）度快，感應電機（jī）則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣（guǎng）泛的原因。　　采用永磁（cí）直驅（qū），取消了（le）中間的（de）減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節（jiē），縮短係統的傳動鏈（liàn），直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球（qiú）磨機直驅係統的傳動（dòng）效率不僅得到大幅提升，而且直（zhí）驅係統的故障率低，維護檢修方便（biàn），還避免了傳統設（shè）備因漏油造成環境汙染（rǎn）。　　由於本（běn）產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造（zào），運輸等難度，還（hái）相（xiàng）當於把一個大功率（lǜ）電機做成了多個小功率電機（jī）。模塊化電機的控製技術可以實（shí）現降低大功率電機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必（bì）采用高等級絕緣，模塊化電機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合（hé）供電（diàn）。這（zhè）樣設計降低了電機的供電電壓（yā）和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低（dī）成本。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（qiú）磨機。　　傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸（jī）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（cháng）運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機（jī）都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製（zhì）的自（zì）由度,可以利用其多電機（jī）結構和控製靈（líng）活的優勢，在發生故障時。可以（yǐ）直接拆卸故障電機更換新的模（mó）塊電機即（jí）可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故（gù）障（zhàng）子模塊而控製其餘正常子模塊降額運（yùn）行。使（shǐ）用本產品（pǐn）完（wán）全不會因電機發生故障而影響（xiǎng）到生產工期。　　球（qiú）磨機因加工誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變或重載產生震動等因素（sù）會發生轉子偏心（xīn）現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中（zhōng）常常通過增加氣隙（xì）大小來預防掃膛，而氣隙增大會（huì）導（dǎo）致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可（kě）將氣隙做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時（shí）能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時（shí）間更（gèng）長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修（xiū）次數就是提高生產效率。　　4、隨動式球磨機裝（zhuāng）配示意圖　　二（èr）、永磁直驅立磨技術　　1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控（kòng）製，實現負載工況多樣性　　傳統立磨速度單一，工況適應能（néng）力差。遇到突發事件（jiàn），調整磨鞮高度來改變係統工作環（huán）境（jìng），係統反應速度慢。永磁同步電機采（cǎi）用變頻調速，適應工況能（néng）力強。遇到突發事件（jiàn），除調整磨輾高度外，還增加（jiā）了速度調節以快速適應係統工作（zuò）環（huán）境，係統反應速度更快。　　(2）係統簡單,可靠性高　　傳統（tǒng）係統因三相感應電機無法在低速實現（xiàn）大轉矩輸出，需要額外（wài）的盤（pán）車係統滿足立磨的低速（sù）起動。為保證在電機起動過程不對電網造成（chéng）過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三（sān）相（xiàng）感應電機起動後，通過減速器（qì）滿足係統轉矩需要，整個（gè）係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統（tǒng）由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助（zhù）係統少，結構簡單。　　(3）變頻器軟起動，起動過（guò）程隨（suí）意設定　　傳統係統先由低速盤車係統起（qǐ）動，待三（sān）相感應電機達到起動條件後，軟起動裝（zhuāng）置起動三相感應電機，係統（tǒng）運行。係統控製複雜（zá），低速無法實現過（guò）載輸出。在低速過程需要盤車係統（tǒng），將（jiāng）轉速提高到（dào）三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製（zhì）簡單（dān）。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以（yǐ）滿足各種工況的需求。低速可（kě）過載輸出，滿（mǎn）足（zú）起動需要，取代盤車係統。　　(4）無減速器，維護（hù）成本更低,維護次數少　　係統各（gè）構成（chéng）單元均（jun1）需要時常檢（jiǎn）查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立（lì）磨減速器結構複雜需要（yào）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進行係統維護（hù）。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機（jī）直接驅動，控製方便。係統內無減速（sù）器，無需額外進行維護，係統維護成（chéng）本低。同（tóng）時，係統（tǒng）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,節能效果明顯　　綜上（shàng）采用直驅永磁電機取代傳統驅（qū）動係（xì）統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立（lì）式鯤磨機直驅係（xì）統的優勢與球（qiú）磨機直驅係統相同，這（zhè）裏（lǐ）不再一—贅述。　　2、永磁（cí）直驅立（lì）磨結構示意圖　　本新型（xíng）立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸（zhóu）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（jī）構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程（chéng）實際（jì）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（shè）計了三種（zhǒng）立（lì）磨專用永磁電（diàn）機，代替傳統的減速機與三相（xiàng）異（yì）步電動機，永磁直驅（qū）電（diàn）機具有雙向載荷機（jī）構與（yǔ）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（zhuāng）配維護，節省成本。均已申請（qǐng）專 利。