1、技术背景　　传统的球磨机、立（lì）磨（mó）机大（dà）都采用三相异步电动机、联（lián）轴器、减速装置以及齿轮结构进（jìn）行驱动，导致球磨机的传动系统（tǒng）存在机械传动链冗长、效率低、机构复杂、运行维护工作量大（dà）等问题。　　沈（shěn）阳工业大学电机与控制技术研究所与河南春梦直播机电设（shè）备有（yǒu）限公司联合设（shè）计研（yán）发的（de）球磨机、立磨机采用永磁直驱电机,通过将电动机与机械结构进行机电一体化设（shè）计，取消动力传输的（de）中间环节，做（zuò）成直驱方案，能直接满（mǎn）足（zú）荷载的（de）需求，省去传（chuán）统磨机的减速（sù）机，显著提（tí）高了电机的效率与功率（lǜ）因数，具（jù）有节能、起动转矩大、过载能力强、系统免维护、自动化程度高等优点。　　在控制方面,本产品电机定子采用了模块化设计，不（bú）仅降低了加工、制造、运输等难度，还相当（dāng）于把一个大功率电机做成了多个（gè）小功率电（diàn）机。模（mó）块化电机的控制技术可以实现降低大功率电机的输入电压（yā），但是不增加电机的（de）输入电流，电机不必（bì）采用高等级绝缘。模（mó）块化电机采用多台小功率变频器联合供电，这样设计降（jiàng）低了电机的供电电压和使用的（de）变频器（qì）容（róng）量，从（cóng）而（ér）降低成（chéng）本。每个模块电机都具有一套独立的控（kòng）制系统，大大提升（shēng）了电机控制的自由度，球磨机运（yùn）行在轻载工况时，完全可以只运行部分模块电机驱动球磨机。　　在结构方面，本产品电机的（de）定子采用了一种自主设计（jì）研发的随动（dòng）式结构，将整圆的定子分成若干个相互存在间隙的小扇形（xíng）块，通过机械（xiè）结构设计，确定了一种无论球磨机转筒（tǒng）是否震动或偏心，定子（zǐ）块始终跟随转筒运动（dòng）从而保持定（dìng）子与转子间（jiān）隙恒（héng）定的结构。本产品（pǐn）通过机械结构设计保证定子与转子间的间隙恒定，电机不会发生扫膛现（xiàn）象，因此电机的（de）气隙可以设计的比普通永磁直驱电机的小很多，从而大幅降低电机永磁体用量，降低生产成（chéng）本，节约稀土资源，节能（néng）用电量。当模块发生故障时，直（zhí）接拆卸故（gù）障电机，更换新的模块电机即可正常运行。使用本产品完（wán）全不会（huì）因电（diàn）机发生（shēng）故障（zhàng）而影响到生（shēng）产工期。　　2、球（qiú）磨机专用随动式永磁直驱电机概述　　本产品的随动式定子结构构成一种“小车结构（gòu）”，滚筒就像（xiàng）公路，定子块（kuài）就像汽车。滚轮贴合滚筒旋（xuán）转相当于汽（qì）车在公路行驶（shǐ），公路的起伏不影响车（chē）轮与地面贴合，即（jí）滚筒偏心浮动不（bú）影响滚（gǔn）轮贴合滚筒，保证定子、转子间隙恒定，在球磨机因（yīn）装配误差、轴承磨损、滚筒形（xíng）变（biàn）、重载震动等原（yuán）因造成电机偏心、气隙不均（jun1）匀时，仍能正常运转，保证磨机始终运行在性能状态，不必停机检修。同时电机定子与转（zhuǎn）子间的间隙也可以做的更小，减少永磁体用量，并且因为随动式结构，电机不会（huì）发（fā）生扫膛现象。　　本产品（pǐn）电机的定子为随（suí）动式结（jié）构,基于模块化永磁直驱电机，采用独立的扇形定子块结构，其（qí）随动原理（lǐ）是在（zài）定子（zǐ）块的轴向两侧（cè）安装滚轮且滚轮贴合滚筒来确定（dìng）定（dìng）子与转子间的间隙，定子块径向外侧设有与支撑框架相连的弹性机构。弹性机构在球磨机滚筒不偏心时处于半压缩状态（tài）,如果球（qiú）磨机滚筒向上波动（dòng），转筒会向上顶定子块上安装的滚（gǔn）轮，进而带动定子块向上移动，上（shàng）方弹性机构继续压缩;下方定子块（kuài）在受到（dào）永磁体对其向上的吸引力（lì）的（de）同时（shí），定子块上的弹性机构将其向上顶，保（bǎo）证下方定子块的滚轮依然贴合转筒外表面，使定子块跟随转筒波动而进行径向与圆（yuán）周方向的移动，从而保证定子、转子之间的间隙（xì）不变。球磨机（jī）滚筒向下复位或继续向（xiàng）下波动，则上方定子块在受到永磁体对其向下的吸引力的同时，弹性机构将上方其向（xiàng）下压,下方定子块被（bèi）转筒向（xiàng）下压。　　本产品弹性装置的压力大小可调，对于不同位置的定子块设置不同（tóng）的压力（lì）,避免因弹性装置设置的压力过大（dà）造成滚轮（lún）或转筒（tǒng）磨损（sǔn）较快。　　本产品将永磁电（diàn）机采用（yòng）模块化控制，根据不同功率的电（diàn）机设计采用不同个数（shù）的随动式定子块构成一台模块电机，一台整圆电机由多（duō）台模（mó）块电机构成（chéng）,多台模块电机共用同一个转子，模块电机包绕（rào）式安装在球磨机滚筒上。相邻（lín）随动式定子块间设有固定在支撑框架上的挡板来对定子块进行圆周方向的限（xiàn）位。球磨机滚筒（tǒng）的法兰处衔接T型支撑板,用于支撑安（ān）装（zhuāng）电机转子铁心及（jí）磁钢。　　本产（chǎn）品的随动式定子块安装拆卸十分便（biàn）捷，只需要沿球磨机的（de）径向依次拆卸密封外壳、弹性机构、弹性机构与定子块之间的连接杆、弹性机构（gòu）支撑架，即可将定（dìng）子（zǐ）块沿径向拉出，进行（háng）检修或更换新的定子块。　　3、采用本产品代替传（chuán）统（tǒng）磨机的电机（jī）驱动系统的优点　　现阶（jiē）段大多数的球磨机仍（réng）采用三相感应电动机、联轴器、减速装置以及齿轮结构进行驱动。永磁同步电机（jī）与感应电机相比优势是它有较高的效率和功率因数，损（sǔn）耗大大降低，节约了能（néng）源。永磁电机通过（guò）变频器进行调（diào）速，电（diàn）机运行平稳，系统响应速度快，感应电机则起动相对困难。这些也是近年来永磁（cí）电机应用（yòng）越（yuè）来越广泛的原因。　　采用永磁（cí）直驱（qū），取消了中间的减速机、联轴器、及齿轮的（de）传动环节，缩短系统的传动链，直驱系统的传动（dòng）效率将提（tí）升至少20%。球磨机直驱系统的传动效率不仅得到大幅提（tí）升，而且直驱系统的故（gù）障率低，维护（hù）检修方便，还避免了传统设备（bèi）因漏油造（zào）成环境污（wū）染。　　由（yóu）于本产品电机定子采用了模块化设计，不仅降低了加工，制造，运输等难度，还相当于把（bǎ）一个大（dà）功率电机做成了多个小（xiǎo）功率电机。模块化电机的（de）控制技术可以实现（xiàn）降低大功率电机的输入电压，但是不增（zēng）加电机的输入电流，电机不必采用高等级（jí）绝缘，模块化电机采用多台小功率变（biàn）频器联合供电。这样设计降低了电（diàn）机的供电电（diàn）压和使用的变频器容量，从（cóng）而（ér）降（jiàng）低成本。球磨机（jī）运行（háng）在轻载工况时,完全可以只运行部分模块电机驱动球磨机。　　传（chuán）统电机故障时（shí），会（huì）导致电机合成磁动势发生畸变，谐（xié）波含量增加，平均转矩下降，转矩波动显（xiǎn）著增加（jiā），无法继续正常运行。而本产品进行了（le）模块化设计（jì），每（měi）个模块电机都具有一套独立的控（kòng）制系统，大大提升了电机控制的（de）自由度（dù）,可以利用其多电机结构和（hé）控制灵活的优势，在发生（shēng）故障时。可以直接拆（chāi）卸故障电机更换新的模块电机（jī）即可正常运（yùn）行。模块化电机具有冗（rǒng）余的模块数，也可切除故（gù）障子模（mó）块而控制其余正常子模块降额运行。使用本产品完全不会因电机（jī）发生故（gù）障而影响到生产（chǎn）工期。　　球（qiú）磨机因加工误差、轴承磨损、滚筒形变或重载产生震动等因素会发生转子偏心现象，偏心严重时还会造成电机扫膛损坏电机，实际生（shēng）产中常常通过增加气隙大小来预防扫膛，而气隙增大会导致永磁体用量增加，提高电机制造成本（běn）。随动式定子结构的模（mó）块电（diàn）机，能在转筒偏心时保证（zhèng）定子与转子之间的间隙恒定，可将气隙做的更小，减少（shǎo）永磁体用量，电机不会发生扫膛现象，同时因为该随动式定子（zǐ）结构在偏心时能继续正常工作，检修（xiū）次数更少，工作时间（jiān）更长（zhǎng），大（dà）体积球磨机检修复杂，降低检修次数就是提高生（shēng）产（chǎn）效率。　　4、随动式球磨机装配示意图　　二、永磁直驱立磨技术　　1、立磨直驱对比于（yú）传统（tǒng）感应电（diàn）机的优点（diǎn）( 1）变频调速（sù）控制，实现负载工况多样性　　传统立磨速（sù）度（dù）单一，工况适应（yīng）能力差。遇到突发事（shì）件，调整磨鞮高度来改变系统工作环境，系统反应速度慢（màn）。永磁同步电机采用变频调速，适应工况能力强。遇到突发事件，除调整磨（mó）辗高度外，还增加了速度调节以（yǐ）快（kuài）速适应系统工作环境，系统反应速度更快。　　(2）系统简单,可靠性（xìng）高　　传统系统（tǒng）因三相感应电机无法在低速实现大转矩输出，需要额外的盘车系统满足立磨的（de）低速起动。为保证在电机起（qǐ）动过（guò）程不对电网造成过大的冲击，需增加软起（qǐ）动装（zhuāng）置。三相感应电（diàn）机起动后，通过减速器满足系（xì）统转矩需要，整个系统构成复杂，系统运行的辅助设备很多。直驱系统由变频控制系统控制永磁同步电机（jī）起动，转矩（jǔ）特性满足需（xū）要，无（wú）需盘车系统和减速器，辅助系统（tǒng）少，结（jié）构简单。　　(3）变频器软起动，起动过程随意设（shè）定　　传统系统先由低速盘车系统（tǒng）起动，待三相感应电机达到起动条（tiáo）件后，软起动装置起动三相感（gǎn）应电（diàn）机，系统运行。系统控制复杂，低速（sù）无法实现过载输出。在低速过程需要盘车系统，将转速提高到三相感应电机起动条件。直驱系统直接变频低（dī）速起动，系统直接运行，系统控制简（jiǎn）单（dān）。变频控制起动过程可根据实际工况进行调整，以满足各种（zhǒng）工况的需求。低速可过载输出，满足起（qǐ）动（dòng）需（xū）要，取代盘（pán）车（chē）系统。　　(4）无减速器，维护成（chéng）本更低,维护次数少（shǎo）　　系统各构成单元均需要时常（cháng）检查和定期维护，传统系统构成单元多（duō）。同时立磨减（jiǎn）速器结构复杂（zá）需要经常维护，维护成（chéng）本费用高。同时系统无法实现在低速运行的情（qíng）况下进行系统维（wéi）护。直驱系统构成单元简单，变频器控制永磁同步电机直接驱（qū）动，控制方便。系统内无减速器，无需额外进（jìn）行维（wéi）护，系（xì）统维护成本低。同时，系统可实现在电机低速（sù）运行情况下进行系统维护。　　(5）传动效率高,节（jiē）能效果（guǒ）明显　　综上采（cǎi）用直驱永磁电机取代传统驱动系统年节电量达181万元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立（lì）式鲲磨机直驱系统的优势与球磨机直驱系统（tǒng）相同，这里不再一—赘述。　　2、永磁直驱立磨（mó）结构示意（yì）图　　本新（xīn）型立磨结构采用永磁直（zhí）驱电机驱动,提高了（le）立磨效率。在（zài）立磨扶正轴（zhóu）承与压（yā）力轴承上进行突破，通过设计一种双向载荷扇形模块机构替代大直径（jìng）轴承（chéng），方便加工、生产、运输、装配、维修（xiū），并降（jiàng）低成本（běn）,在工程实际中具有很强（qiáng）的实用型。　　针对大（dà）、中、小型（xíng）不同（tóng）尺寸的立磨，分别（bié）设计了三种立磨（mó）专用永磁电机（jī），代替传统的减速机与三相异步电动机（jī），永磁直驱电机（jī）具有双向载荷机构（gòu）与（yǔ）不同的放置位（wèi）置（zhì），均能达到扶正（zhèng）与承压的作用，并且方便（biàn）制造、装配维护，节（jiē）省成本。均已申请（qǐng）专 利。