1、技術背景　　傳統的球磨機（jī）、立（lì）磨機大都（dōu）采用三（sān）相異步電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進（jìn）行驅動，導致球磨機的傳動係統存（cún）在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。　　沈陽工（gōng）業大（dà）學電機（jī）與控製（zhì）技（jì）術研（yán）究所與河南春梦直播機電設備有限公（gōng）司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過（guò）將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力（lì）傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷（hé）載的需求，省去傳（chuán）統磨機的減（jiǎn）速機，顯著提高了電機的效率與（yǔ）功率因數，具有節能、起動轉矩大（dà）、過載能力強、係統（tǒng）免維護、自（zì）動化程度高等優（yōu）點。　　在控（kòng）製（zhì）方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低（dī）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（xiǎo）功率電機。模（mó）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，但是不增加電機（jī）的輸入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣。模塊化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合（hé）供電，這（zhè）樣設計降（jiàng）低（dī）了（le）電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本（běn）。每個模塊電機（jī）都具有一套獨立的控製係統，大大提（tí）升了電機（jī）控製的自由度，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式結構，將整圓的定子分成若幹個（gè）相互存在間隙的小扇形塊（kuài），通過機械結構設計，確定了（le）一種無論球磨機轉筒是否震（zhèn）動或偏（piān）心，定（dìng）子（zǐ）塊始終跟隨轉（zhuǎn）筒運動（dòng）從而保持定（dìng）子與轉子（zǐ）間隙恒定的結構。本產品通過機（jī）械（xiè）結構設計保證定子與（yǔ）轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛（táng）現象（xiàng），因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直（zhí）驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本（běn），節（jiē）約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障（zhàng）電機，更換新的模塊電機（jī）即（jí）可（kě）正常運行。使用本產（chǎn）品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。　　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（xiǎo）車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合（hé）滾筒旋轉相（xiàng）當於汽車在公路行駛，公路的起伏（fú）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（bǎo）證（zhèng）定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配（pèi）誤（wù）差（chà）、軸（zhóu）承磨（mó）損（sǔn）、滾筒形變、重載震動等原（yuán）因（yīn）造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，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（xì）也可以做的（de）更小，減（jiǎn）少永磁體用量（liàng），並且因為隨動式結（jié）構，電機不會發生掃膛現象。　　本產品電機（jī）的定（dìng）子為（wéi）隨動式結構,基於模塊化永磁直驅（qū）電機（jī），采用獨（dú）立的扇形定子塊結構，其隨動原理（lǐ）是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙（xì），定子塊徑向外側設有與支撐（chēng）框架相連的彈性（xìng）機構。彈性（xìng）機構在球磨機滾筒（tǒng）不偏心時處於半壓縮（suō）狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊（kuài）上安（ān）裝的滾輪，進而（ér）帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到（dào）永磁體對其向（xiàng）上的（de）吸引力的同時（shí），定子塊上的彈性機構將其向上頂，保（bǎo）證下方定子塊的（de）滾（gǔn）輪依然（rán）貼合轉筒外（wài）表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而（ér）進行徑向與圓周方向的移（yí）動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼（jì）續向下波動，則（zé）上方定（dìng）子（zǐ）塊在受到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,下方定子塊被轉筒向下壓。　　本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定（dìng）子塊設置不同的壓（yā）力（lì）,避免因彈性裝置設置的壓（yā）力過大造成滾輪或轉筒（tǒng）磨損較快。　　本產品將永磁電機采用（yòng）模塊化（huà）控製，根據（jù）不同功（gōng）率的電機設計采用不同個（gè）數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模（mó）塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對（duì）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（xíng）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捷（jié），隻需要沿（yán）球磨機的徑向依次拆卸密封外殼（ké）、彈（dàn）性機構、彈性（xìng）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定子（zǐ）塊。　　3、采用本產品代替傳統磨機的電（diàn）機驅動係統（tǒng）的優點　　現階段大多（duō）數的球磨機仍采用（yòng）三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以（yǐ）及（jí）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有較高的（de）效率和（hé）功率因數，損耗大大降低，節約了能（néng）源。永（yǒng）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（gǎn）應（yīng）電機則起動相（xiàng）對困難。這些也是近年來永（yǒng）磁電（diàn）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、聯軸器、及齒輪的傳動（dòng）環節，縮短係統的傳動（dòng）鏈，直驅係統（tǒng）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（tí）升，而（ér）且直驅係統的故障率低，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采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）低了加（jiā）工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做（zuò）成了多（duō）個小功率電機。模塊化電機的控製（zhì）技（jì）術可（kě）以實現（xiàn）降低大功（gōng）率電（diàn）機的輸入電（diàn）壓，但是不增加電機的輸入（rù）電流，電機不必采用（yòng）高等級絕緣，模塊化電機（jī）采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣（yàng）設計降低了電（diàn）機的供電電壓和使用（yòng）的變（biàn）頻器容量，從而降低成本。球磨機（jī）運行在輕（qīng）載工況時,完全可以隻運行部分（fèn）模塊電機驅動球磨機。　　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，平均（jun1）轉矩下降，轉矩波動顯著增加（jiā），無法（fǎ）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（lì）的控製係統，大大提（tí）升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈（líng）活的優勢，在發生故障時（shí）。可（kě）以（yǐ）直接拆卸故障電機更換新（xīn）的模塊電機即（jí）可正常運行。模塊（kuài）化電機具有冗餘的模（mó）塊數，也可（kě）切除故障子模塊而控製其餘（yú）正常子模塊降額運行。使用本產品完全（quán）不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期。　　球磨機因加工誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉（zhuǎn）子偏（piān）心（xīn）現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際（jì）生產中常（cháng）常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永（yǒng）磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結（jié）構（gòu）的模塊電機，能（néng）在轉筒偏心時保（bǎo）證（zhèng）定子與轉子之間的（de）間隙恒（héng）定，可將氣隙做的更小，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（shì）定子結構在偏心時能繼（jì）續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積（jī）球（qiú）磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。　　4、隨動（dòng）式球磨機裝配示意圖　　二、永磁直（zhí）驅立磨技術　　1、立磨直驅對比於（yú）傳統感應電機的優點( 1）變頻（pín）調速控製，實現負載工況多樣性　　傳統立磨速（sù）度單一（yī），工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來（lái）改變係統（tǒng）工作（zuò）環境，係統反應（yīng）速（sù）度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強（qiáng）。遇到突發事件，除調整磨輾高（gāo）度（dù）外，還增加了速度調節以（yǐ）快速適應係統工作環境，係統（tǒng）反應速度更快。　　(2）係統簡單,可靠性高　　傳統係統因三相（xiàng）感應電機（jī）無法在低速實現大轉矩輸出，需要額（é）外的盤車係統滿足（zú）立磨的低速起動（dòng）。為保證在電（diàn）機起動過程不對電（diàn）網造成過大的衝擊（jī），需增加軟起動裝置。三相（xiàng）感應（yīng）電機起動後，通過減速器滿足係（xì）統（tǒng）轉矩需要，整個係統構成複雜，係（xì）統運行的輔助設備很多。直驅係（xì）統由變頻控製係統控製永（yǒng）磁同步電機起動，轉矩特（tè）性滿足需要，無（wú）需盤（pán）車係統和減（jiǎn）速器（qì），輔助係統少，結構簡單。　　(3）變頻器軟起動，起動過程隨（suí）意設（shè）定　　傳統係統先由低速盤車係統起動（dòng），待三相感應電機（jī）達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需（xū）要（yào）盤車係（xì）統，將轉（zhuǎn）速提（tí）高到三相感應（yīng）電機起動條件。直驅係統（tǒng）直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況（kuàng）進（jìn）行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。　　(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少　　係統各構成單元（yuán）均需要時常檢查和定期維護（hù），傳統係（xì）統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜（zá）需要經（jīng）常維護，維護成本費用高（gāo）。同時係統無（wú）法實現（xiàn）在（zài）低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡（jiǎn）單（dān），變頻器控（kòng）製永磁（cí）同步電機直接驅動，控製方便（biàn）。係統內無減速器（qì），無需額外進行維護，係統維護成本低。同時（shí），係（xì）統可實現在（zài）電機低速運行情況（kuàng）下進行（háng）係統維（wéi）護。　　(5）傳動效率（lǜ）高,節能效（xiào）果明顯　　綜（zōng）上采（cǎi）用直驅永磁電機取代傳統驅（qū）動係統年（nián）節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立（lì）式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨（mó）機直驅（qū）係（xì）統（tǒng）相同，這裏不再一（yī）—贅述。　　2、永磁直驅（qū）立磨結構示（shì）意（yì）圖　　本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動（dòng）,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇（shàn）形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運（yùn）輸、裝（zhuāng）配、維修，並（bìng）降低成本,在工程實際中具有很強（qiáng）的實用型。　　針對大（dà）、中、小型不（bú）同尺寸的立磨，分（fèn）別設計了三種立磨（mó）專用永（yǒng）磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永（yǒng）磁直驅電機（jī）具有雙向載荷機構與不同的放置（zhì）位置，均（jun1）能達到扶正與承壓的作用（yòng），並且方便製造、裝配維護，節省成本（běn）。均已申請專 利。