1、技術背（bèi）景（jǐng）　　傳統的球磨機、立（lì）磨機大都采用（yòng）三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以（yǐ）及齒輪結構進（jìn）行驅動，導（dǎo）致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效（xiào）率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。　　沈陽工業大學（xué）電機與控（kòng）製技術研究所與河南全新機電設備（bèi）有限公司聯（lián）合設計研發（fā）的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化（huà）設計，取消動力傳輸的中間（jiān）環節，做成（chéng）直驅方案，能直接滿（mǎn）足荷載的需求，省（shěng）去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的（de）效率與功率因（yīn）數，具有節能、起動轉矩大（dà）、過載（zǎi）能力強、係統免維護、自動化程（chéng）度高（gāo）等優點。　　在控製方麵,本產品電機定子采用了（le）模塊（kuài）化（huà）設計，不（bú）僅（jǐn）降低了加工、製造、運輸等難度，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（zhì）技術可（kě）以實現降低大功率電機的輸入電（diàn）壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必（bì）采用（yòng）高等級絕緣。模塊化電機采（cǎi）用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機（jī）的供電電壓和使用（yòng）的變（biàn）頻器容量，從（cóng）而降低成本。每個模塊電機都具有一（yī）套獨立的控製係統（tǒng），大大提升了電機控製（zhì）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，本產（chǎn）品電機的定子采用了一種自（zì）主設（shè）計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存（cún）在間隙的小扇形塊，通過機械結構設（shè）計（jì），確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子（zǐ）塊始終（zhōng）跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產（chǎn）品通過（guò）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（xì）可以設計的比普通永磁（cí）直驅電機的小很多（duō），從而大幅降低電（diàn）機永磁體用量，降低生（shēng）產成本，節約稀土資源，節能用（yòng）電量。當（dāng）模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新（xīn）的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響（xiǎng）到生產工期。　　2、球磨機專用隨動式永磁直驅電（diàn）機（jī）概述　　本產品（pǐn）的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就（jiù）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，公路的起伏不影響車輪與（yǔ）地麵貼合，即滾（gǔn）筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子（zǐ）間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變、重載震動等原因（yīn）造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉（zhuǎn），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間的間隙也（yě）可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式（shì）結構，電機不會發生掃膛現象（xiàng）。　　本產品電機的定子（zǐ）為隨動式（shì）結構,基（jī）於模塊化永磁直驅電機，采用獨立（lì）的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側（cè）安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定（dìng）定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與（yǔ）支撐框架相連的彈性機構。彈性（xìng）機（jī）構在球（qiú）磨（mó）機（jī）滾筒不偏心（xīn）時處（chù）於半壓縮狀態,如（rú）果球（qiú）磨機滾筒（tǒng）向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上（shàng）方彈性機構（gòu）繼續壓縮;下方定子塊（kuài）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（xiàng）上頂，保證下方（fāng）定子塊的滾輪依然貼合轉（zhuǎn）筒外表麵，使定（dìng）子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而（ér）保（bǎo）證定（dìng）子、轉子之（zhī）間的間隙（xì）不變。球磨機滾筒向下複位或（huò）繼續向下波動，則上（shàng）方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子（zǐ）塊被轉筒向下壓。　　本產品彈（dàn）性裝置的壓力大小可調，對於不同位置（zhì）的（de）定子塊設置不同的壓力,避免（miǎn）因彈性裝置設（shè）置的壓（yā）力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。　　本產品將永磁電機采用模塊化（huà）控製，根據不同功率的電機設（shè）計（jì）采用不同（tóng）個數的隨動式定子塊構成一台模塊（kuài）電（diàn）機，一台整圓電機由多台模塊電機構（gòu）成,多台模（mó）塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式（shì）安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨（suí）動式定子塊（kuài）間設有固定在支撐框架上的（de）擋板來對定子塊進（jìn）行圓周方向（xiàng）的限位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜接（jiē）T型支撐板（bǎn）,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。　　本產品的隨動式（shì）定子塊安裝拆卸十分便捷，隻（zhī）需要（yào）沿球磨機（jī）的徑（jìng）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，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的（de）定子塊。　　3、采用本產品代替傳統磨機（jī）的電機驅動（dòng）係統的優（yōu）點（diǎn）　　現階段（duàn）大多數的球磨（mó）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（cí）同步電（diàn）機與感應電機相比優勢是（shì）它有較高的效率和功率因（yīn）數，損耗大（dà）大降低，節（jiē）約了能源。永磁（cí）電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則（zé）起動（dòng）相對困難。這些（xiē）也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。　　采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸（zhóu）器、及齒輪的傳動環節，縮（suō）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（xì）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汙染。　　由於本產品電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不（bú）僅降低了加工，製造，運輸等（děng）難度，還相（xiàng）當於把一個（gè）大功率電機（jī）做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製（zhì）技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電（diàn）機的輸入電流，電機不必采用高等（děng）級絕緣，模塊化電機（jī）采用多台小功率變（biàn）頻器聯合供電（diàn）。這樣設計降低了（le）電機的供電電（diàn）壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運（yùn）行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機驅動球（qiú）磨（mó）機。　　傳統電機故障時，會（huì）導致電機合成磁動（dòng）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，無法繼續正常運行。而本產品進行（háng）了模塊化設計，每個模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）機控製的自由度（dù）,可以利（lì）用其多電機結構（gòu）和控製靈活的優勢，在（zài）發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的（de）模塊數（shù），也可（kě）切除故（gù）障子模塊而控製其（qí）餘正常子模塊降額（é）運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。　　球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變或重載產生震動等因素（sù）會發生轉子偏心現象，偏心嚴重（chóng）時還會造成電機掃膛損壞電（diàn）機，實（shí）際（jì）生（shēng）產（chǎn）中常常通過增加氣隙（xì）大小來預防掃膛（táng），而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機（jī）製造成本。隨動（dòng）式定子結構的模塊（kuài）電機，能（néng）在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的（de）間隙恒定，可將氣隙做（zuò）的更（gèng）小，減少永（yǒng）磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因（yīn）為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次（cì）數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。　　4、隨動式球（qiú）磨機裝配示意圖　　二、永磁直驅立磨技術　　1、立磨直（zhí）驅對比於傳（chuán）統感應電機的優點( 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，調整磨鞮高（gāo）度來改變係統工作環境（jìng），係統反應速度慢。永（yǒng）磁同步電機采用（yòng）變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調（diào）整磨輾高度外，還增加了速度調（diào）節（jiē）以快速適應係統工作環境，係統反應速（sù）度更快。　　(2）係統簡單,可靠性高　　傳統係統因三相感（gǎn）應電機（jī）無法在低速實現大轉矩輸出，需要（yào）額外的盤車係統（tǒng）滿足立磨（mó）的低速起動。為保（bǎo）證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器（qì）滿足（zú）係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設（shè）備很多。直驅係統由（yóu）變頻控製（zhì）係統（tǒng）控（kòng）製永磁同步電（diàn）機起動，轉矩特性（xìng）滿足需要，無需盤車係統和減（jiǎn）速器，輔助係統少，結構簡單。　　(3）變頻器軟起動，起動過程隨（suí）意設定（dìng）　　傳統係統先（xiān）由低速（sù）盤（pán）車係統起動，待三相（xiàng）感應電機達到起動條件後，軟起動裝置（zhì）起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載（zǎi）輸出。在低（dī）速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起（qǐ）動條件。直驅係統（tǒng）直接變頻低速起動，係統直接（jiē）運行（háng），係統控製簡（jiǎn）單。變頻控製（zhì）起動過程可根據（jù）實（shí）際工況進行調整，以滿足各（gè）種工況的需求。低速可過載輸（shū）出，滿足起動需要，取代盤車係統。　　(4）無減速器，維護成本更低,維護次數（shù）少　　係統各構成單元均需要（yào）時常檢查和定期維護，傳統係（xì）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（hù）成本費用高。同時係統無法實現在（zài）低速運行（háng）的情況下進行係統維護。直（zhí）驅係統（tǒng）構成單元簡（jiǎn）單，變頻器控製永磁同步電（diàn）機直接驅（qū）動，控製方便。係統內（nèi）無減速（sù）器，無需額外進行（háng）維護，係統（tǒng）維（wéi）護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況（kuàng）下進行係（xì）統（tǒng）維護。　　(5）傳動（dòng）效率高,節能效果明顯　　綜上（shàng）采用直驅（qū）永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係（xì）統（tǒng）的優勢與球（qiú）磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述（shù）。　　2、永磁直驅立（lì）磨結構示意圖　　本（běn）新型立磨（mó）結（jié）構采用永磁直驅電機驅動,提高了（le）立磨效率。在立磨扶正軸承與（yǔ）壓力軸承（chéng）上進行（háng）突破，通過設計一種雙向載荷扇形模（mó）塊機構替代大直徑軸承，方便（biàn）加工（gōng）、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有（yǒu）很強的（de）實用型。　　針對大、中、小（xiǎo）型不同尺（chǐ）寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳（chuán）統（tǒng）的減速機與（yǔ）三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載（zǎi）荷（hé）機構（gòu）與不同的放置（zhì）位置，均能（néng）達到扶正與承壓的（de）作用，並且方（fāng）便（biàn）製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利（lì）。