1、技術背景　　傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步（bù）電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構（gòu）進行驅動，導致（zhì）球磨機的傳動係統存（cún）在機（jī）械傳動鏈冗長、效率（lǜ）低、機構複雜、運行維護工作量（liàng）大等問題。　　沈陽工業大學電機與控製技術（shù）研究（jiū）所與河南春梦直播機（jī）電設備有限公司聯合（hé）設計研發的球磨機、立磨機（jī）采用永磁直驅電機,通過將（jiāng）電動機與機械結構進行機電（diàn）一體化設計，取消（xiāo）動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的（de）減速機（jī），顯著提高了電機的效率與功率因數，具（jù）有（yǒu）節能、起動（dòng）轉矩（jǔ）大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。　　在控製（zhì）方麵,本產品電機定（dìng）子采用了（le）模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度（dù），還相當於（yú）把一個大功率電機做成了多個小（xiǎo）功率電機。模（mó）塊化電機的控製技術（shù）可以實（shí）現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸（shū）入電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣（yuán）。模塊化電機采用多（duō）台（tái）小功（gōng）率變頻器聯合（hé）供電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都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，球磨機運行（háng）在輕載工況時，完（wán）全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。　　在結構方麵，本產品（pǐn）電機的定（dìng）子采用了一種自主設計研發的隨動式結（jié）構，將整（zhěng）圓（yuán）的定（dìng）子分（fèn）成若幹個相互存在間隙（xì）的小扇（shàn）形塊，通過機械結構設計（jì），確定了（le）一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨（suí）轉筒運動從而保（bǎo）持（chí）定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過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（táng）現象，因此電機（jī）的氣隙可以設計的比普通永（yǒng）磁直（zhí）驅電機的小很多，從而大（dà）幅降低電機永磁體用量，降低生產（chǎn）成本，節約（yuē）稀土資源，節（jiē）能（néng）用電量。當模塊發生故障時（shí），直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可（kě）正常運行。使用本產品完全不會因電機發（fā）生故障而影響到生產工期。　　2、球（qiú）磨機專用隨動式（shì）永磁直驅電機概述　　本產（chǎn）品的隨動式定子結構構成一（yī）種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像（xiàng）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地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響（xiǎng）滾輪貼合（hé）滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變（biàn）、重載（zǎi）震動等原因造成電機偏心、氣隙不均（jun1）勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同（tóng）時電機（jī）定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永（yǒng）磁體（tǐ）用量，並（bìng）且因為隨動式（shì）結構（gòu），電機不會發生掃膛現象。　　本產品電機的定子為隨動式結（jié）構,基於模塊化（huà）永磁（cí）直（zhí）驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構（gòu），其（qí）隨動原理是在定子塊的軸（zhóu）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，定子（zǐ）塊徑（jìng）向外側設有（yǒu）與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球（qiú）磨機滾筒不（bú）偏心時處於半壓縮（suō）狀態,如果球磨機（jī）滾筒向上波動，轉（zhuǎn）筒會向上頂定子塊上安裝的（de）滾輪，進（jìn）而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的（de）吸引力的同時，定子（zǐ）塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊（kuài）跟隨轉（zhuǎn）筒波動而進行徑向與圓周方向的（de）移（yí）動（dòng），從（cóng）而保證定子、轉子之間的（de）間隙不變。球磨機滾筒向下複（fù）位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時（shí），彈性機構將上方其向下壓,下方定（dìng）子塊被轉筒（tǒng）向下壓。　　本產品彈（dàn）性裝置的壓力大小可（kě）調，對於不同（tóng）位（wèi）置的定子塊設置不同的壓力,避（bì）免因彈性（xìng）裝置設置的壓力過大造成滾（gǔn）輪（lún）或轉筒磨（mó）損較快。　　本產品將永磁電機采用模塊化控（kòng）製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動（dòng）式定子塊構（gòu）成一台模（mó）塊（kuài）電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定（dìng）子塊間（jiān）設有固定在支撐框架上（shàng）的擋板來對定子（zǐ）塊進行圓周方（fāng）向（xiàng）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（zhī）撐安裝電機轉子鐵心及磁（cí）鋼（gāng）。　　本（běn）產品的（de）隨動式定子塊（kuài）安（ān）裝拆卸十分便（biàn）捷（jié），隻需要沿球磨（mó）機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構（gòu）、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性（xìng）機（jī）構（gòu）支撐架，即可（kě）將定（dìng）子（zǐ）塊沿徑向拉出，進（jìn）行檢修或更換（huàn）新的定子（zǐ）塊。　　3、采（cǎi）用本產品代替傳統磨機的電（diàn）機驅動係統的（de）優點　　現階段大（dà）多（duō）數的球磨機仍采用（yòng）三相感應電動機、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大（dà）降低，節約了能源。永磁電機通過（guò）變頻器進行調速，電機（jī）運行平穩，係統響應速度快，感應電（diàn）機（jī）則起動相對（duì）困難。這些也是近年來永磁電（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（qū）係統的傳動效率不（bú）僅得（dé）到大幅提（tí）升，而且（qiě）直驅（qū）係統的故障率低，維護檢（jiǎn）修（xiū）方便，還避免了傳統設（shè）備因漏（lòu）油造成環境汙（wū）染。　　由於本產品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，還相當於把一個（gè）大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級（jí）絕（jué）緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯（lián）合供電。這樣設計降低了（le）電機（jī）的供電電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部（bù）分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（dòng）勢發生畸變，諧波（bō）含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動（dòng）顯著增加，無法繼續正常（cháng）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（tào）獨立的控製係統，大大提升了（le）電（diàn）機控製的自由度,可以利（lì）用其（qí）多電機結構和控製靈活的優勢（shì），在發生故障時。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模塊數，也可（kě）切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降（jiàng）額運（yùn）行。使（shǐ）用（yòng）本產品完全（quán）不會因電機發生故障而影響到生產工（gōng）期。　　球磨機因加工誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變或重（chóng）載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重（chóng）時還會造成（chéng）電機掃膛損壞電機，實際生產（chǎn）中常常通過增加氣隙大（dà）小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電（diàn）機（jī），能在轉筒偏心時保證定子與轉子（zǐ）之間的間（jiān）隙恒定，可將氣隙做的更小（xiǎo），減少永磁體用量，電機（jī）不會發生掃膛現（xiàn）象，同時因為該（gāi）隨（suí）動式定子結構在偏心時能（néng）繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更（gèng）長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是（shì）提高（gāo）生產（chǎn）效率（lǜ）。　　4、隨動式（shì）球磨機裝配示意圖　　二（èr）、永磁直驅（qū）立磨技術　　1、立磨直驅對（duì）比於（yú）傳統感應電（diàn）機的優點( 1）變頻調速控製，實現（xiàn）負載工況多樣性　　傳（chuán）統立磨速度單一，工（gōng）況適應能力差。遇到突發事件（jiàn），調整磨鞮高（gāo）度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁（cí）同步電機采用變頻調（diào）速，適應工況能力強（qiáng）。遇（yù）到突發事件（jiàn），除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以（yǐ）快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。　　(2）係統簡（jiǎn）單,可靠性高（gāo）　　傳（chuán）統係統因三相感應電機（jī）無法在低速實現大轉矩輸出（chū），需要額外的盤（pán）車係統滿足（zú）立（lì）磨的低速（sù）起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感（gǎn）應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜（zá），係統運（yùn）行的輔助設備很多。直驅係統（tǒng）由變頻控製係統控製永磁同步電（diàn）機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單（dān）。　　(3）變頻器（qì）軟起動，起動過程隨意設定　　傳統係統（tǒng）先由低速盤車係統起動，待（dài）三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動（dòng）三相感（gǎn）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係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件（jiàn）。直驅（qū）係統直接變頻低速起動（dòng），係統（tǒng）直接運行，係統控製簡單（dān）。變頻控製起動過（guò）程可根據實際工況進行調整，以滿足各種（zhǒng）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（yào）時常檢查和定期維護，傳統係統構成單（dān）元多。同（tóng）時立磨減速器結構複雜需要（yào）經常維護，維（wéi）護成本（běn）費用高。同時係統無法實現在低（dī）速運行的（de）情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器（qì）控（kòng）製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進（jìn）行維護，係統維護成本低。同時，係統可實（shí）現在電機低速運行情況下進行係（xì）統維護。　　(5）傳動效率高（gāo）,節能效果明顯（xiǎn）　　綜上采用直（zhí）驅永磁電機取代（dài）傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機（jī）直驅係統相同，這裏不再一—贅述。　　2、永磁直驅立磨結（jié）構（gòu）示意圖　　本（běn）新型立磨（mó）結構采用永磁直驅電機驅（qū）動（dòng）,提（tí）高了（le）立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸（zhóu）承上進行突（tū）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，方便加（jiā）工、生產、運（yùn）輸（shū）、裝配、維修，並降低成本,在工（gōng）程實際中具有很（hěn）強的實用型。　　針對大、中、小型不同尺（chǐ）寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替（tì）傳統的減速機與三相異步電動機（jī），永磁（cí）直驅電機具有雙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（yòng），並且方便（biàn）製造、裝配維（wéi）護，節省成本。均已申請專 利。