1、技術背景　　傳統的球磨機、立磨機大（dà）都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以（yǐ）及齒輪結（jié）構進行驅動，導致球磨機的（de）傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效（xiào）率低、機構（gòu）複（fù）雜、運行維護工作量大等問（wèn）題。　　沈（shěn）陽工業大學電機與控製技術（shù）研究所與河南全（quán）新（xīn）機電設備（bèi）有（yǒu）限公（gōng）司聯合（hé）設（shè）計研發的（de）球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通（tōng）過將電動機與機械結構進行機電（diàn）一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿（mǎn）足荷載的需求，省（shěng）去傳統（tǒng）磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動（dòng）轉（zhuǎn）矩大（dà）、過載能力強、係統免維護、自動（dòng）化程度高等優點。　　在控製方麵,本產品（pǐn）電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度（dù），還相當於把一個大功率電（diàn）機做成了多個小（xiǎo）功（gōng）率電機。模塊化電機的控（kòng）製技術可以實（shí）現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加（jiā）電機的輸（shū）入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化（huà）電機采用（yòng）多台小功率變頻器聯合供電（diàn），這樣設（shè）計降低了電機的供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量（liàng），從而降低成本（běn）。每個模塊電機都具有一套獨（dú）立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度（dù），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，本產（chǎn）品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動（dòng）式結構，將整（zhěng）圓的定（dìng）子分成若幹個相互存在間隙的小扇（shàn）形塊，通（tōng）過（guò）機械結構設計，確定（dìng）了一種無論球磨（mó）機轉筒是否震（zhèn）動或（huò）偏心，定（dìng）子塊始終跟隨轉（zhuǎn）筒運動（dòng）從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通（tōng）過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會（huì）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（de）小很多，從（cóng）而大幅降低電機永磁體用量，降低（dī）生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換（huàn）新的模塊電機（jī）即（jí）可正常運行（háng）。使用本產品完全不會因（yīn）電機發生故障而影響（xiǎng）到生產工期。　　2、球磨機（jī）專用隨動式永磁直驅電機概述　　本產品的隨動式定子結構構成一種“小車（chē）結構”，滾（gǔn）筒（tǒng）就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當（dāng）於汽車在公路行駛，公路的起伏（fú）不影響車輪與（yǔ）地（dì）麵貼合，即滾筒（tǒng）偏（piān）心浮動（dòng）不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因（yīn）裝配誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變、重載震動等（děng）原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍（réng）能正常運轉，保（bǎo）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間的間隙也可以做的更小，減少永磁（cí）體用量，並且因（yīn）為隨動式結構，電機不會發生掃（sǎo）膛現象。　　本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立（lì）的（de）扇形定子（zǐ）塊結構，其隨動（dòng）原理是在定子塊的軸向兩側安裝（zhuāng）滾輪且（qiě）滾（gǔn）輪（lún）貼合滾筒來確定（dìng）定子與轉（zhuǎn）子間的間隙（xì），定（dìng）子塊徑向外側設有（yǒu）與支撐框架相（xiàng）連的彈性機構。彈性（xìng）機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨（mó）機滾筒向上（shàng）波動（dòng），轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動（dòng）定子塊向上（shàng）移動，上（shàng）方彈性機構（gòu）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，保證下方定子塊（kuài）的滾輪依然貼合轉筒外表（biǎo）麵，使定（dìng）子塊跟隨轉筒（tǒng）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（xià）複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到（dào）永磁體對其向下（xià）的吸引力的同時，彈性機構將上方其（qí）向下壓（yā）,下方定子塊被轉筒向（xiàng）下壓。　　本產品彈（dàn）性裝置的壓（yā）力大小可調，對於不同位（wèi）置的定子塊設置不同（tóng）的（de）壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。　　本產品將永磁電（diàn）機采用模塊化（huà）控製，根據不同功率的電機（jī）設計采用（yòng）不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一（yī）台整（zhěng）圓電（diàn）機由多台（tái）模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉（zhuǎn）子，模塊電機包繞式安裝在球磨機（jī）滾筒上（shàng）。相鄰隨動式定子塊（kuài）間設有固定在支撐框（kuàng）架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機（jī）滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用（yòng）於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。　　本產品的隨動式（shì）定子塊安（ān）裝拆卸十分便捷，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（gòu）與定子塊之（zhī）間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定（dìng）子塊沿徑向拉（lā）出，進行檢修或更換新的定子塊。　　3、采用本產品代替傳統磨機的（de）電機驅動係統的優（yōu）點　　現階段大多（duō）數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與（yǔ）感應電機相比優勢是它有較（jiào）高的效率和功率因數，損耗（hào）大（dà）大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器（qì）進行調速（sù），電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越（yuè）來越廣（guǎng）泛的原因。　　采用永磁（cí）直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的（de）傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便（biàn），還避免了（le）傳統設備因漏（lòu）油造成環境汙染。　　由於（yú）本產（chǎn）品電（diàn）機定子采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）低了加工，製造，運輸等（děng）難度，還相當於把（bǎ）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現（xiàn）降低大（dà）功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊（kuài）化電機采用多台（tái）小功率變頻（pín）器聯合供電。這樣設計降低了電機（jī）的供電電（diàn）壓和使用的變頻器容量，從而降低成（chéng）本。球（qiú）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（mó）機。　　傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢（shì）發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯（xiǎn）著（zhe）增加，無法繼續正常運行。而本產品進（jìn）行了模塊化設計，每個模塊電機都具（jù）有一套獨立的控製（zhì）係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用（yòng）其多電機結構和控製（zhì）靈（líng）活的優勢，在（zài）發生故障時。可以直接拆卸故障（zhàng）電（diàn）機更換新的模塊電機即可正常（cháng）運行。模塊化（huà）電機具有（yǒu）冗餘的模塊（kuài）數，也可切除故（gù）障子模（mó）塊（kuài）而控製（zhì）其餘正常子模塊降額運行。使（shǐ）用本產品完全不（bú）會因電機發生故障而影響到（dào）生產工期。　　球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產（chǎn）生震動等因（yīn）素會發生（shēng）轉子偏心現象（xiàng），偏心嚴重時還會造成電機掃膛（táng）損壞電機，實際（jì）生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增（zēng）大會導致（zhì）永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式（shì）定（dìng）子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間（jiān）的間隙恒定，可將氣（qì）隙做的（de）更小，減少永磁體用量（liàng），電機不（bú）會發（fā）生（shēng）掃膛現象，同時因為該隨動（dòng）式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜（zá），降低檢修次（cì）數就是提高生產（chǎn）效率。　　4、隨動式球磨機裝配示（shì）意（yì）圖　　二、永磁直驅立磨技術　　1、立磨直驅對比（bǐ）於傳統感應電機的優點（diǎn）( 1）變頻調速控製，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，調整（zhěng）磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同（tóng）步電（diàn）機采用（yòng）變頻調速，適應工況能力強（qiáng）。遇到（dào）突發事件，除調（diào）整磨輾高度外，還增加了速度調節（jiē）以快速適應係統工（gōng）作環境，係統反（fǎn）應速度更快。　　(2）係統簡單,可靠性高　　傳統係（xì）統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤（pán）車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟（ruǎn）起動裝置。三（sān）相感應電機起動後，通過減速器滿（mǎn）足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的（de）輔助設備（bèi）很多。直驅係統由變頻控（kòng）製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿（mǎn）足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。　　(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定　　傳統係統先由低速盤車（chē）係統起動，待三相感（gǎn）應電（diàn）機達到起（qǐ）動條（tiáo）件後，軟起動裝置起動三相感應（yīng）電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車（chē）係（xì）統，將轉速提高到三相感應電機起（qǐ）動條件。直驅係統直接變頻（pín）低速起（qǐ）動，係統直接運行，係統控製簡單（dān）。變（biàn）頻控製起動過程可根據實際工況進行（háng）調整，以滿足各種工況的需求。低（dī）速可過（guò）載輸出，滿足起動需（xū）要，取代盤車係統。　　(4）無減速器，維護（hù）成本更（gèng）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（tǒng）構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需（xū）要經常維護，維護成本費用高。同（tóng）時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅（qū）係統構成單元（yuán）簡單，變頻器控製（zhì）永磁（cí）同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減（jiǎn）速器，無需額外（wài）進行維護，係統維護成（chéng）本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下（xià）進（jìn）行係統維（wéi）護。　　(5）傳（chuán）動效率高,節（jiē）能效果明顯　　綜上采用直驅永磁電機（jī）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優勢與球（qiú）磨機直驅（qū）係統相同，這裏不再（zài）一—贅述。　　2、永磁直驅立磨結構示意（yì）圖　　本新型（xíng）立磨結構采用（yòng）永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承（chéng）與壓力軸承上進行突破，通過（guò）設計一種雙向載荷扇形模塊機（jī）構替（tì）代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸（shū）、裝配（pèi）、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（de）立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳（chuán）統的減速機與三相異（yì）步電動機，永磁（cí）直驅電機具有雙（shuāng）向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（zhì）造（zào）、裝配維護，節省成本。均已申（shēn）請專 利。