1、技術背（bèi）景　　傳統的球（qiú）磨機、立磨機（jī）大都采用三相（xiàng）異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅（qū）動，導致球磨（mó）機的傳動係統存在機械傳動（dòng）鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工（gōng）作量大等（děng）問題。　　沈陽工業大學電機與控製技術研（yán）究所與河南全（quán）新機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁（cí）直驅電（diàn）機,通過將電動機與機械結構進（jìn）行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做（zuò）成（chéng）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因數，具有（yǒu）節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優（yōu）點。　　在控製方麵,本產品電機定子采用（yòng）了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還（hái）相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電（diàn）機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功（gōng）率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入（rù）電流，電機不必（bì）采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻（pín）器聯合供電，這樣設計降低了電（diàn）機的供電電壓（yā）和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成本。每（měi）個模塊電機都具有一套獨立的（de）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（gòu）方麵，本產（chǎn）品電機的定子采用（yòng）了一種自（zì）主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉（zhuǎn）筒是否震（zhèn）動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與（yǔ）轉子（zǐ）間隙恒定（dìng）的結構。本產品通過機械結構設計保證（zhèng）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（jī）的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的（de）小很（hěn）多，從而大幅降低電機永磁體用（yòng）量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電（diàn）量（liàng）。當模（mó）塊發生故障時，直接拆（chāi）卸故障電機，更換（huàn）新的模塊電機即可正常運行（háng）。使用本產品完全不會因（yīn）電機發生（shēng）故障而影響到（dào）生產工期。　　2、球磨機專用隨動（dòng）式永磁直驅電機概述　　本產品的隨動式定子結構構成（chéng）一（yī）種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。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（yǐng）響車輪（lún）與（yǔ）地麵貼合（hé），即滾筒偏心（xīn）浮動（dòng）不影響滾輪貼合滾筒，保證定子（zǐ）、轉子間隙恒定，在球磨（mó）機因裝配誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變（biàn）、重載震動等原因造（zào）成電機偏心、氣（qì）隙不均勻時，仍（réng）能正（zhèng）常運（yùn）轉，保證磨機始（shǐ）終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子（zǐ）與轉子間的間隙也可以做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，並且因為隨（suí）動式結構，電機不（bú）會發生掃膛現象。　　本產（chǎn）品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁（cí）直驅電機，采（cǎi）用（yòng）獨立的扇形定（dìng）子塊結構，其隨動原理是在定子（zǐ）塊的軸向兩（liǎng）側安裝（zhuāng）滾輪且滾輪貼（tiē）合滾筒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的彈性（xìng）機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球（qiú）磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂（dǐng）定子塊上安（ān）裝（zhuāng）的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上（shàng）方彈性機構繼續壓縮;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（shàng）的彈性機構將其向上頂，保證下方（fāng）定（dìng）子（zǐ）塊的滾輪依（yī）然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒（tǒng）波動而進行徑向與（yǔ）圓周（zhōu）方向的移動，從而保證定子（zǐ）、轉（zhuǎn）子之（zhī）間的間隙不變（biàn）。球磨機滾筒向（xiàng）下複位或繼續向下波（bō）動，則上方定子（zǐ）塊在受到（dào）永磁體對其向下的吸引力的同時，彈（dàn）性機構將上方其（qí）向下壓,下方定子塊被轉筒（tǒng）向下壓。　　本產品（pǐn）彈性裝置的壓力大小可調，對於（yú）不同位置的定（dìng）子塊設置不同的壓力,避免因彈性（xìng）裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較（jiào）快。　　本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據（jù）不同功率的電機設計采用不同個數的（de）隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整（zhěng）圓電機由多台模塊（kuài）電機構成,多台模塊電機共（gòng）用同一個轉子，模塊電（diàn）機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子（zǐ）塊間設有固定在支撐框架（jià）上（shàng）的擋板來對定子塊（kuài）進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的（de）法蘭處銜接T型支（zhī）撐板（bǎn）,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。　　本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十（shí）分便捷，隻需要沿球磨機的徑（jìng）向依次拆卸（xiè）密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間（jiān）的連接杆、彈性機構支撐架，即（jí）可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修（xiū）或更換新的定子塊。　　3、采用（yòng）本產品代替傳統磨機的電（diàn）機驅動係統的優點　　現階段大多（duō）數的（de）球磨機仍采用三相感（gǎn）應電（diàn）動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與（yǔ）感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁（cí）電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係（xì）統響應速（sù）度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用（yòng）越來越廣泛（fàn）的原因。　　采用永磁直驅，取消（xiāo）了中間（jiān）的（de）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（qū）係統的傳動效率將提升（shēng）至少20%。球磨機直驅係（xì）統的傳（chuán）動效率不僅得到（dào）大幅提升，而且直驅係統的故障率（lǜ）低，維護檢修方便，還避（bì）免了傳統設備因漏油造成環境汙染。　　由於本產品電（diàn）機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運（yùn）輸等難度，還（hái）相當（dāng）於把一個大功率電機做成了多（duō）個小功率電機。模塊化電機的（de）控製（zhì）技術（shù）可以（yǐ）實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的（de）輸入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣，模塊化電機采用多台（tái）小（xiǎo）功率變頻器聯合供電。這樣（yàng）設計降低了電機（jī）的供電電壓和使用的變頻（pín）器容量，從而降低成（chéng）本。球磨機運行在輕載工（gōng）況（kuàng）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變，諧波含量增加，平（píng）均轉矩下降（jiàng），轉矩（jǔ）波（bō）動顯著（zhe）增加，無法繼續正常運行（háng）。而本產品進（jìn）行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立（lì）的控製係（xì）統，大大提升了電機控製的自由度,可（kě）以利用其（qí）多電機（jī）結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故（gù）障電機更（gèng）換（huàn）新（xīn）的模塊電機即可正（zhèng）常運行。模（mó）塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運（yùn）行。使用本產品（pǐn）完全不會因電機發生故障而影（yǐng）響到生產工期。　　球磨機因加工誤差、軸承磨（mó）損、滾筒（tǒng）形變或重載產生（shēng）震動（dòng）等因素會（huì）發生轉子偏心現象，偏（piān）心嚴重時還會造成電機掃膛（táng）損壞電機，實際生產（chǎn）中常常通（tōng）過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會（huì）導致永磁體（tǐ）用量增加，提高電機製造成本（běn）。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定（dìng）子與轉子之間的（de）間（jiān）隙恒定（dìng），可（kě）將氣隙做的更小，減少永磁體（tǐ）用量（liàng），電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定（dìng）子結構在偏心時（shí）能繼續（xù）正常（cháng）工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複（fù）雜，降低檢修次數（shù）就是提高生產效率。　　4、隨動式球（qiú）磨機裝（zhuāng）配示意（yì）圖　　二、永磁直驅立磨技術（shù）　　1、立磨直（zhí）驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調（diào）速控製，實現負載工況（kuàng）多樣性　　傳統立磨速度單一，工況適（shì）應能力差。遇到突發（fā）事（shì）件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用（yòng）變（biàn）頻調速，適應工況能力（lì）強。遇到突發事件（jiàn），除調整磨輾高（gāo）度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。　　(2）係統簡單（dān）,可靠性高（gāo）　　傳統係統（tǒng）因三相感（gǎn）應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需（xū）要額外的（de）盤車係（xì）統滿足立磨的低（dī）速（sù）起動（dòng）。為保證在電機起動過（guò）程不對電網造成過大的衝擊，需增（zēng）加軟（ruǎn）起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複（fù）雜，係統運（yùn）行的輔助設備（bèi）很多。直驅係統由（yóu）變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉（zhuǎn）矩特性滿足需要（yào），無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡（jiǎn）單。　　(3）變頻器（qì）軟起動，起動過（guò）程隨意（yì）設（shè）定　　傳（chuán）統係統（tǒng）先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動（dòng）三相感應電（diàn）機，係（xì）統運行。係統控製（zhì）複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過（guò）程需要盤車係統，將（jiāng）轉速提（tí）高到三相感應電機起動條件（jiàn）。直驅（qū）係統直（zhí）接變頻低速起動（dòng），係統（tǒng）直（zhí）接運行，係統控製簡單。變頻控（kòng）製起動過程可根據（jù）實際工況進（jìn）行調整，以滿足各（gè）種工況的需求。低速可過載輸出（chū），滿足起動（dòng）需要，取代盤車（chē）係統。　　(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少　　係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立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（zài）低（dī）速（sù）運（yùn）行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變（biàn）頻器控製（zhì）永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內（nèi）無減速器，無需額外（wài）進行維護，係統維護成本低。同時，係統（tǒng）可實現在電機低速運（yùn）行情（qíng）況下進行（háng）係統維護。　　(5）傳動效率高,節能效果明顯　　綜上采用（yòng）直驅永磁電機（jī）取代傳統（tǒng）驅動係（xì）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優勢（shì）與球磨（mó）機直驅係（xì）統（tǒng）相同，這裏不再（zài）一—贅述。　　2、永（yǒng）磁（cí）直驅立磨結構示意圖　　本新型立磨（mó）結構采用永磁直驅電機驅動,提高（gāo）了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承（chéng）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（biàn）加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成（chéng）本,在工程實際中具有（yǒu）很強的（de）實用（yòng）型。　　針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨（mó）專用永磁（cí）電機，代替（tì）傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直（zhí）驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均（jun1）能達到（dào）扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請（qǐng）專 利。