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（dòng）機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結（jié）構進行驅（qū）動（dòng），導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構（gòu）複雜、運行維護（hù）工作量大等問題。　　沈陽工業大學（xué）電機與控製技術研究所與河南全新機電（diàn）設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直（zhí）驅電機,通過將（jiāng）電動機與機械結構進行機電一體化設（shè）計，取消（xiāo）動力傳輸的中間環節，做（zuò）成直驅方案，能直（zhí）接滿（mǎn）足荷載的需求，省去傳統（tǒng）磨機的減速機（jī），顯（xiǎn）著提高了電機的效率與功率因數，具有節能（néng）、起（qǐ）動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自（zì）動化程度高等優點（diǎn）。　　在控製方麵,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（dà）功率（lǜ）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（diàn）流，電機不必采用高等級（jí）絕緣。模塊化電機采（cǎi）用（yòng）多台（tái）小功率變頻器（qì）聯合供電，這樣設（shè）計降低了電機的供電電壓和（hé）使用的變頻器容（róng）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，大大提升了電機控製的自由（yóu）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（jī）。　　在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的（de）隨動式結構，將整圓的定子分成（chéng）若（ruò）幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊（kuài）始（shǐ）終跟隨轉筒運動從而保持（chí）定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設（shè）計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不（bú）會發生掃（sǎo）膛現（xiàn）象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體（tǐ）用量，降低（dī）生（shēng）產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直（zhí）接拆卸故障（zhàng）電機，更（gèng）換新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到生產工期。　　2、球磨（mó）機（jī）專用隨動式永（yǒng）磁直驅電機概（gài）述（shù）　　本產（chǎn）品的隨動（dòng）式定子結構構成一種“小車結（jié）構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾（gǔn）輪（lún）貼（tiē）合滾（gǔn）筒旋轉相（xiàng）當（dāng）於汽車在公路行駛，公路的起（qǐ）伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心（xīn）浮動不影響滾輪貼合滾（gǔn）筒，保證定子、轉子（zǐ）間隙恒定，在球（qiú）磨機因裝配誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變、重（chóng）載震動等原因造成電機偏心（xīn）、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態（tài），不必停機檢修。同時（shí）電機（jī）定子（zǐ）與轉子間的間隙也可以做的（de）更小，減少永磁（cí）體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。　　本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形（xíng）定子塊結構，其隨動原理是在定（dìng）子塊的軸向兩側安（ān）裝滾輪且滾輪貼（tiē）合（hé）滾筒來確（què）定定子（zǐ）與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連（lián）的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒（tǒng）向上波動，轉筒（tǒng）會（huì）向上頂定子塊（kuài）上安裝的滾輪，進（jìn）而（ér）帶動（dòng）定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓（yā）縮（suō）;下方（fāng）定子塊在（zài）受到永磁（cí）體對其（qí）向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構（gòu）將其向（xiàng）上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉（zhuǎn）筒外表麵，使定子（zǐ）塊跟隨轉筒波動而進行徑向（xiàng）與圓（yuán）周方向的移動（dòng），從而保證（zhèng）定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則（zé）上方定子塊在受到（dào）永磁（cí）體對其向下的吸引力的同時（shí），彈（dàn）性機構將上方其向下壓,下方定子塊被（bèi）轉筒向下（xià）壓。　　本產品彈（dàn）性裝置的壓力（lì）大（dà）小（xiǎo）可調，對於不（bú）同位置的定子塊設（shè）置不同（tóng）的壓力,避免因彈性裝置設（shè）置的（de）壓力（lì）過大（dà）造（zào）成滾輪（lún）或轉（zhuǎn）筒磨損較快（kuài）。　　本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定（dìng）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（zhuǎn）子，模塊電機包繞式安裝在球（qiú）磨（mó）機滾筒上。相（xiàng）鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框（kuàng）架上的擋板來對定子（zǐ）塊進行（háng）圓周方向的限位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心（xīn）及磁鋼。　　本（běn）產品的隨動式定子塊安裝（zhuāng）拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆（chāi）卸（xiè）密封外殼、彈性機構、彈（dàn）性機構與定子塊（kuài）之間（jiān）的連接杆、彈性機構支撐（chēng）架，即可將定子塊沿徑向（xiàng）拉出，進行檢（jiǎn）修或更換（huàn）新的定子塊。　　3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統（tǒng）的優點　　現階段大多數的球磨機（jī）仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以及齒輪結構進行驅動。永（yǒng）磁同步電機與感（gǎn）應電（diàn）機相比優勢是它有較高的（de）效率和功率（lǜ）因數，損耗大大降低，節約了能源（yuán）。永磁電機（jī）通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快（kuài），感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機（jī）應用越（yuè）來越廣泛的（de）原（yuán）因。　　采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯（lián）軸器、及齒輪的傳動環節（jiē），縮（suō）短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少（shǎo）20%。球磨機直驅係統的傳動效率不（bú）僅得到大幅提升，而且直驅係統的故（gù）障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成（chéng）環境汙染。　　由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了（le）加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機（jī）做成（chéng）了（le）多個小功率電機。模塊化（huà）電機的控製技術可以實現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但（dàn）是不增加電機的輸入電流，電機不必（bì）采用高等級絕緣，模塊化電機采用（yòng）多（duō）台小功率變頻器聯合（hé）供（gòng）電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可（kě）以隻運行部（bù）分模塊電（diàn）機驅動球磨機（jī）。　　傳統電機故障時，會導致電機合（hé）成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平（píng）均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無（wú）法繼續正常運行。而本產品進行了模塊（kuài）化設計（jì），每個模塊電機都具有一（yī）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活（huó）的優勢，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（mó）塊數，也可切除故（gù）障子模塊而控（kòng）製其餘（yú）正常子模塊降（jiàng）額運（yùn）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、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉（zhuǎn）子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實（shí）際生產中常（cháng）常（cháng）通過增加氣（qì）隙大小來預防掃膛（táng），而氣（qì）隙增大會導致永磁體（tǐ）用量增加（jiā），提高（gāo）電機製（zhì）造（zào）成本。隨動式（shì）定子結構的模塊電機，能在轉（zhuǎn）筒偏心（xīn）時保（bǎo）證定子與轉子之間（jiān）的間隙恒定，可將（jiāng）氣隙做的更小，減少永磁體用（yòng）量，電機不會發生（shēng）掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心（xīn）時能繼續正常工作，檢修（xiū）次（cì）數（shù）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、隨動式球磨（mó）機裝配示意圖（tú）　　二、永磁直驅立（lì）磨技術　　1、立（lì）磨（mó）直驅對比於傳統感應電機的優點（diǎn）( 1）變頻（pín）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，調整磨鞮高度來改變係（xì）統工作環境，係統反（fǎn）應速度慢。永磁同步電機采用（yòng）變（biàn）頻調速，適應工況能力強。遇（yù）到突發事件，除（chú）調（diào）整磨輾高度外（wài），還增加了速（sù）度調節（jiē）以（yǐ）快速適應係統工作環（huán）境，係統反（fǎn）應速度更快。　　(2）係統簡（jiǎn）單（dān）,可靠（kào）性高　　傳統係統因三（sān）相感應電機無（wú）法在低速（sù）實現（xiàn）大轉矩輸出（chū），需要額外的盤車係統滿足立磨的低速（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（xū）增加軟起動裝置。三相感應電機（jī）起動（dòng）後，通過減速器滿足（zú）係統（tǒng）轉矩需要（yào），整個係統構成複（fù）雜，係統運行的輔助設（shè）備很多。直驅（qū）係（xì）統由（yóu）變頻（pín）控製係統控製永磁同步電機起（qǐ）動，轉矩特（tè）性滿足需要，無需盤（pán）車係（xì）統和減速器（qì），輔助係統少，結構簡單。　　(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定　　傳統係統先由低速盤車係統起動，待三（sān）相（xiàng）感應電機達到起動條件後，軟起動裝（zhuāng）置（zhì）起動三相（xiàng）感應電機（jī），係統（tǒng）運行。係統控製（zhì）複雜，低速無法實現過（guò）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。直驅係統直接變頻（pín）低速起動，係統（tǒng）直接運行（háng），係統控製簡單。變頻控製起（qǐ）動過程可根據實際工況進（jìn）行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸（shū）出，滿足起動需要，取代盤車係統。　　(4）無減速（sù）器，維護成本更低,維護次數（shù）少　　係統各（gè）構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成（chéng）單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常（cháng）維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內（nèi）無減速器，無需額外進行（háng）維護，係統維護成（chéng）本低（dī）。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。　　(5）傳動效率（lǜ）高,節能效果明顯　　綜上（shàng）采用直（zhí）驅永磁（cí）電機取代（dài）傳（chuán）統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機（jī）直（zhí）驅係統的優勢（shì）與球磨機直驅係（xì）統相同，這裏不再一—贅述。　　2、永磁直驅立磨結構示（shì）意圖　　本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,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形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成本,在工程實際中具有很強的實用型。　　針對大（dà）、中、小型不同尺寸的立磨，分別設（shè）計了三種立磨專用永磁電機，代替傳（chuán）統的減速機與三相異（yì）步電動機，永磁直（zhí）驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置（zhì）位置，均能達到扶正與承壓的作用（yòng），並且方便製造、裝配維護，節（jiē）省成本。均已申（shēn）請專 利。