1、技術背景　　傳統的球（qiú）磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以（yǐ）及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動（dòng）係統存在機（jī）械傳（chuán）動鏈冗長、效率低、機構（gòu）複雜、運行維護工（gōng）作（zuò）量大等問題（tí）。　　沈陽工業大學電（diàn）機與（yǔ）控製技術研究（jiū）所與河南91视频网機電設備有限公司（sī）聯合設計研發的球磨機、立（lì）磨機采（cǎi）用永磁（cí）直驅電（diàn）機,通過將電動機與（yǔ）機械結構進行機電一（yī）體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做（zuò）成直驅（qū）方案，能直接滿足荷載的需（xū）求（qiú），省去傳統磨機的減速機，顯著提高（gāo）了電機的效（xiào）率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維（wéi）護、自動化程度高等優點。　　在控製方麵,本產（chǎn）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，還相（xiàng）當於把一個大功率電機做成了多個小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的控製技術可以實（shí）現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化（huà）電機采用多台小功率變頻器聯合供（gòng）電，這樣設計降低（dī）了電機的供電電壓（yā）和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊（kuài）電機都具有一套獨（dú）立的控製係（xì）統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機（jī）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（jì）研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確（què）定了一（yī）種無論（lùn）球磨機轉（zhuǎn）筒是否震動或偏心，定子塊始終（zhōng）跟隨轉筒（tǒng）運動從而保持定（dìng）子（zǐ）與轉（zhuǎn）子間隙恒定（dìng）的結構。本產品通過機（jī）械（xiè）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（diàn）機的（de）氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從（cóng）而大幅降低電機永磁（cí）體用量，降低生（shēng）產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障（zhàng）時，直（zhí）接拆（chāi）卸（xiè）故障電機（jī），更換（huàn）新的模塊電機即可正常運行。使用本產（chǎn）品完全不會因電機發生故障而影響到（dào）生（shēng）產工期。　　2、球磨機專用隨動（dòng）式（shì）永磁直驅電機概（gài）述（shù）　　本產品的（de）隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定（dìng）子塊就像汽車。滾（gǔn）輪貼合（hé）滾筒旋轉（zhuǎn）相當（dāng）於汽車（chē）在公（gōng）路行駛，公路（lù）的起伏（fú）不影響（xiǎng）車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響（xiǎng）滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間（jiān）隙恒（héng）定，在球磨機因裝（zhuāng）配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重（chóng）載震動等原因造成（chéng）電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保（bǎo）證磨機（jī）始終運行在性能狀態，不必（bì）停（tíng）機（jī）檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做（zuò）的更小，減少永磁體用量（liàng），並且因為隨動（dòng）式結構，電機不會發生掃膛現象。　　本產品電機的定子為隨動式結構（gòu）,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定（dìng）子塊結（jié）構，其隨（suí）動原理是在定子（zǐ）塊（kuài）的軸向兩側安裝滾輪且（qiě）滾輪貼合（hé）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支撐（chēng）框架相連的彈性機構。彈性機構在（zài）球磨機滾筒不偏心時（shí）處（chù）於半壓縮狀（zhuàng）態,如果球磨機滾筒向上波動，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（dòng），上方彈性機構繼（jì）續壓縮;下方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其向上的吸（xī）引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然（rán）貼（tiē）合轉筒外表麵（miàn），使定子塊跟隨轉筒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（xì）不變。球磨機滾筒向下複（fù）位或繼續向下波（bō）動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引（yǐn）力的同（tóng）時，彈性機構將上方其向（xiàng）下壓（yā）,下方定子塊被轉筒向（xiàng）下（xià）壓。　　本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的（de）定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的（de）壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。　　本產品將永（yǒng）磁電機采用模塊化控製，根（gēn）據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊（kuài）構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台（tái）模塊（kuài）電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子（zǐ），模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（zài）支撐框架上（shàng）的擋板來對定子塊進行圓周（zhōu）方向的限位。球磨機（jī）滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐（chēng）安裝電機（jī）轉子鐵心（xīn）及（jí）磁鋼。　　本產品的隨動式（shì）定子塊安裝拆卸十（shí）分便捷，隻需要沿球（qiú）磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機（jī）構、彈（dàn）性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構（gòu）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塊。　　3、采（cǎi）用（yòng）本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點　　現（xiàn）階段大多數的球磨機（jī）仍采（cǎi）用三相感應電動機、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進（jìn）行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢（shì）是（shì）它（tā）有較高（gāo）的效（xiào）率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器（qì）進行調速，電機運（yùn）行平穩，係統響應（yīng）速度快，感應電機則起動相對困（kùn）難。這些也是近年來永磁電機應用（yòng）越來越廣泛的原因。　　采（cǎi）用永（yǒng）磁直驅，取消（xiāo）了中間（jiān）的減速機、聯（lián）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（mó）機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而（ér）且直驅係統的故障（zhàng）率低，維護（hù）檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造（zào）成環境汙染。　　由於本產品電機（jī）定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製（zhì）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（diàn）機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大（dà）功（gōng）率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電機的輸（shū）入電流，電機（jī）不必采用高等（děng）級絕緣，模塊化電（diàn）機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電。這樣設計降（jiàng）低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成（chéng）本。球（qiú）磨機運行在輕（qīng）載工況時,完全可以隻運行部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（cí）動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降（jiàng），轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個（gè）模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提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（de）優（yōu）勢，在發生故（gù）障時。可以直接（jiē）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（jī）具有冗餘的（de）模塊數，也可（kě）切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電（diàn）機發（fā）生故障而影響到生（shēng）產工期。　　球磨機因加工誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變或重載產生震動（dòng）等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛（táng）損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提（tí）高電機製造成本。隨動式定子（zǐ）結構的模塊電機，能在轉筒偏心（xīn）時保（bǎo）證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更（gèng）小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子（zǐ）結構在偏心時能繼續正（zhèng）常工作，檢修次數更（gèng）少，工作時（shí）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（cí）直驅立磨技術　　1、立（lì）磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性　　傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件（jiàn），調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突（tū）發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調（diào）節以快（kuài）速適應係統工作環境（jìng），係（xì）統反應速度更快。　　(2）係統簡單,可（kě）靠性高　　傳統係統因三相感應（yīng）電機無（wú）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（dòng）。為保證在電機起動過（guò）程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動（dòng）裝置。三相感應電機起動後，通過減速（sù）器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔（fǔ）助設備很多。直驅係統由變（biàn）頻控製係統控製永磁同（tóng）步電（diàn）機（jī）起動，轉矩特性滿足需（xū）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（qǐ）動過程隨意設（shè）定　　傳統（tǒng）係（xì）統先由低（dī）速盤（pán）車係統起動，待（dài）三相感應電機達到起動條件（jiàn）後，軟起動（dòng）裝置起動三相感（gǎn）應電機，係統運行。係統控製（zhì）複雜（zá），低速無法實現過載輸（shū）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。直驅係統直接變頻低速起（qǐ）動，係統直接運行（háng），係統控製簡單。變頻控製起動過（guò）程可（kě）根據實際工況進行調整（zhěng），以（yǐ）滿足各種工況的需求。低（dī）速可過載輸出，滿足起動需（xū）要，取代盤車係統。　　(4）無減速器，維（wéi）護成本更低,維護次數少　　係統各（gè）構成單（dān）元均需要時常檢查和定期維（wéi）護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經（jīng）常維（wéi）護，維護成（chéng）本費用高。同時係統無（wú）法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單（dān）元簡單，變頻（pín）器控製永磁同步電機直接驅動（dòng），控（kòng）製方便。係（xì）統內無減速器，無（wú）需額外進行維護，係統維護成本低。同時（shí），係統可實（shí）現在電機低速運行情況（kuàng）下進行係統維護。　　(5）傳動效率高（gāo）,節能效果明顯　　綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量（liàng）達181萬（wàn）元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再（zài）一—贅述。　　2、永磁直驅立磨結（jié）構示意圖（tú）　　本（běn）新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了（le）立（lì）磨效率（lǜ）。在立磨扶正軸承與（yǔ）壓力軸承上進行（háng）突破，通過設計一種雙向（xiàng）載荷（hé）扇形模塊機構替代大直徑軸（zhóu）承，方便加工、生產（chǎn）、運輸（shū）、裝配、維修（xiū），並降低成本,在工程實（shí）際中具有很強（qiáng）的實用型。　　針對大、中、小型不同尺（chǐ）寸的立磨，分別（bié）設計了三種（zhǒng）立磨專用（yòng）永磁電機，代替（tì）傳統的（de）減速機與三相異步電動機，永磁直驅電（diàn）機具有雙向載（zǎi）荷機構與不同的放置位置，均能達到（dào）扶正與承壓的作用，並且（qiě）方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。