1、技術背景（jǐng）　　傳統的球磨機、立磨機大都采用（yòng）三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的（de）傳動係統（tǒng）存在機械傳動鏈冗長、效率（lǜ）低、機構複雜（zá）、運行（háng）維護工（gōng）作量大等問題。　　沈陽（yáng）工業大學電機與控製技術研究所與河南全新機電設備有限公（gōng）司聯合設計研發（fā）的（de）球磨機、立磨（mó）機采用（yòng）永磁直驅電機,通過（guò）將電動機與機械結構進行機（jī）電（diàn）一體化設計，取消動力傳（chuán）輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載（zǎi）的（de）需求，省（shěng）去傳統磨機的減速（sù）機，顯（xiǎn）著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動（dòng）轉（zhuǎn）矩大、過載能力強（qiáng）、係統免（miǎn）維護、自動化程（chéng）度高等優點。　　在控製方麵,本產（chǎn）品電機定子采用了模塊化（huà）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（lǜ）電機做成（chéng）了多個小功率電機。模塊化電（diàn）機的控製技術（shù）可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加（jiā）電機的輸入電流，電（diàn）機不必（bì）采用高等級絕緣。模塊化電（diàn）機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻（pín）器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的（de）控製係統，大大（dà）提升（shēng）了電機控製（zhì）的自由度，球磨（mó）機運行在輕載工況時，完全可以隻（zhī）運行部分模塊電機驅動球磨機。　　在結構方（fāng）麵，本（běn）產品電機的定（dìng）子采用了一種自主設（shè）計研（yán）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（jī）械結構設計，確定了（le）一種無論球磨機轉筒是否震動或偏（piān）心，定子（zǐ）塊始終（zhōng）跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結（jié）構。本產品通過機械結構（gòu）設計保證定子與轉子間的間隙（xì）恒定，電機不會（huì）發生掃（sǎo）膛（táng）現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁（cí）直驅電機的（de）小很多，從而大幅降低電機永磁體（tǐ）用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電（diàn）機即可正常運行。使用（yòng）本產品完全（quán）不會因（yīn）電（diàn）機發生故障（zhàng）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（běn）產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構（gòu）”，滾筒就像公路，定子塊就像汽（qì）車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的（de）起伏（fú）不影響車輪與地麵（miàn）貼合，即滾筒（tǒng）偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球（qiú）磨機因裝配誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形（xíng）變、重載（zǎi）震動等原因造成電機（jī）偏心、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，不必停機檢（jiǎn）修。同（tóng）時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會（huì）發生掃膛現象。　　本產品電機的定子為隨（suí）動式結構,基於模塊化永磁直驅（qū）電（diàn）機，采用獨（dú）立的扇形定子（zǐ）塊（kuài）結構，其隨動原理（lǐ）是在定子塊（kuài）的軸向兩側安裝滾輪且滾（gǔn）輪（lún）貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子（zǐ）塊徑向（xiàng）外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒（tǒng）不（bú）偏心時處（chù）於半壓縮（suō）狀態,如果球（qiú）磨（mó）機滾筒向上波動，轉筒會（huì）向上頂（dǐng）定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上（shàng）方彈性機構繼續壓縮;下（xià）方定（dìng）子塊在受到永磁體對其向（xiàng）上的吸引力（lì）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貼合轉筒外表（biǎo）麵，使（shǐ）定子塊跟隨轉筒（tǒng）波動而進行徑向（xiàng）與圓周方向的移動，從而保證定子、轉（zhuǎn）子之間的間隙不變。球（qiú）磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受（shòu）到永磁體對其向（xiàng）下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓（yā）,下方定（dìng）子塊被（bèi）轉（zhuǎn）筒（tǒng）向下壓。　　本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於（yú）不同（tóng）位置的（de）定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過（guò）大造成滾輪或轉筒磨損較快。　　本（běn）產品將永磁電機采（cǎi）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子塊構成一台模塊電（diàn）機，一台整圓電機由多台模（mó）塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐（chēng）框架（jià）上的擋板來對定子塊進行圓周（zhōu）方（fāng）向（xiàng）的限位。球磨機滾筒的（de）法蘭處銜接T型支撐板,用於（yú）支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。　　本產品的隨動式定子塊安裝拆（chāi）卸十分便捷，隻需要沿球磨機的（de）徑向依次拆卸密封外（wài）殼、彈性機構、彈性機構與定子塊（kuài）之間的連接杆、彈性機構支撐架，即（jí）可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。　　3、采用（yòng）本產（chǎn）品代替傳統磨（mó）機的（de）電機驅動係統的優點　　現（xiàn）階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應（yīng）電機相比優（yōu）勢是它有較高的效率（lǜ）和功率因數（shù），損耗大大降（jiàng）低，節約了能源。永磁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）電機則起動相對困難。這些也是近（jìn）年來永磁電機應（yīng）用越來越廣泛的原因。　　采用永磁直驅，取消了中間（jiān）的（de）減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮（suō）短係統的傳動（dòng）鏈，直驅係統（tǒng）的傳動（dòng）效率將（jiāng）提升至（zhì）少20%。球磨機直驅係統的（de）傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障（zhàng）率（lǜ）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。　　由於本產品電機定子采用了模塊（kuài）化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了（le）多（duō）個小功率電機。模塊化電機的控製技（jì）術可以（yǐ）實現降低大功（gōng）率電機的輸入電壓（yā），但是不增加電機的（de）輸（shū）入（rù）電流，電機不必采（cǎi）用高等級絕緣，模（mó）塊化電機采用多台小功率（lǜ）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（biàn）頻器容量（liàng），從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時（shí）,完全可以隻運行部分模（mó）塊電機驅動球磨機。　　傳統電機故障時，會導致（zhì）電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增（zēng）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（tào）獨立的控製係統，大大提升了電機控（kòng）製（zhì）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（mó）塊電機即可正（zhèng）常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除（chú）故障子模塊而控（kòng）製其餘正常子模塊降額運行。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。　　球磨機因（yīn）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）子偏心現象，偏心嚴重時（shí）還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中（zhōng）常常通過增加氣隙大小（xiǎo）來預防掃膛，而氣隙增大（dà）會導致永（yǒng）磁體用量（liàng）增加，提高（gāo）電機製造成本。隨動（dòng）式（shì）定子結構的模塊（kuài）電（diàn）機，能（néng）在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的（de）間隙（xì）恒定，可將（jiāng）氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生（shēng）掃膛現象（xiàng），同（tóng）時因為該隨動式定子結構在（zài）偏（piān）心（xīn）時能繼續（xù）正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是（shì）提高生（shēng）產效率（lǜ）。　　4、隨（suí）動式球磨機裝（zhuāng）配示（shì）意圖　　二、永磁直驅立磨技術　　1、立磨直驅對比於傳（chuán）統感應電機（jī）的優點( 1）變頻（pín）調速控（kòng）製，實現負載工況多（duō）樣性　　傳統立磨速度單（dān）一，工況適（shì）應能力差。遇到突發事件，調整磨（mó）鞮高度來改變係統工作環境，係統反（fǎn）應速度慢。永磁同步電機（jī）采（cǎi）用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調（diào）整磨輾高度外，還增加了速度（dù）調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。　　(2）係統簡單,可靠性（xìng）高　　傳統係統因三相感應電機（jī）無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係（xì）統滿足立（lì）磨的低速起動（dòng）。為（wéi）保（bǎo）證在電（diàn）機起動過程不對電網造成過大的衝（chōng）擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統（tǒng）構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控（kòng）製永磁同步電機起動，轉矩特（tè）性滿（mǎn）足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少（shǎo），結構簡單。　　(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定　　傳統（tǒng）係統先由（yóu）低速盤車係統起（qǐ）動，待（dài）三相感（gǎn）應電機達到起（qǐ）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（guò）程需（xū）要盤車係統（tǒng），將轉速提高到三相感應電機起動條件。直（zhí）驅係統直（zhí）接變頻低速起動，係統直接運行（háng），係（xì）統控製簡單。變（biàn）頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，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（jiǎn）速器，維（wéi）護成本更低,維護次數（shù）少　　係統各構成單（dān）元均需要時常檢查和定期維護（hù），傳統係統構成單元多。同時立磨減速（sù）器結構複雜需要經常維護，維（wéi）護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情（qíng）況下進行係（xì）統維護（hù）。直驅係統（tǒng）構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機（jī）直接驅動，控製方便（biàn）。係統（tǒng）內無減（jiǎn）速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電（diàn）機低速運行（háng）情況下進行係統維護。　　(5）傳動（dòng）效率高,節能（néng）效果明顯　　綜上（shàng）采（cǎi）用直驅永磁電機取代（dài）傳統（tǒng）驅動係統年（nián）節（jiē）電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球（qiú）磨機直（zhí）驅係統相同，這裏不再一（yī）—贅述（shù）。　　2、永磁直驅立磨結構示意圖　　本新型立磨結（jié）構采用永磁直驅（qū）電機驅動,提高了立磨效率。在立（lì）磨扶正軸（zhóu）承與壓力軸承上進行（háng）突破，通過設計一（yī）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（wéi）修，並降低成本,在工程實際中具有很強（qiáng）的實用型。　　針對大、中、小（xiǎo）型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立（lì）磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異（yì）步電動機，永磁直（zhí）驅電機（jī）具有雙向載荷（hé）機構與不同的放置位置，均能達到扶（fú）正與（yǔ）承壓的作用，並且方（fāng）便製造、裝（zhuāng）配維護，節（jiē）省成本。均已申（shēn）請專（zhuān） 利。