1、技術背景　　傳統的球磨機（jī）、立磨機大都采用三（sān）相異步電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅（qū）動（dòng），導致球磨機的傳（chuán）動係統存在機（jī）械傳動鏈冗（rǒng）長、效率低、機構複雜、運行維護工作（zuò）量大等問題。　　沈陽工業大學電機與控製技（jì）術研究（jiū）所（suǒ）與河南全（quán）新機電設備有限公（gōng）司聯（lián）合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構（gòu）進行機電一體（tǐ）化設計，取消動力（lì）傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省（shěng）去傳（chuán）統磨機的減速機，顯著（zhe）提高了電機的（de）效（xiào）率（lǜ）與功率因數（shù），具有節能、起動轉（zhuǎn）矩（jǔ）大、過載能力（lì）強、係統免維護、自動化程（chéng）度高等優點。　　在控（kòng）製方麵,本產品電機定子采用了模塊化（huà）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（gōng）率電機做（zuò）成（chéng）了多個小（xiǎo）功率電機（jī）。模塊化（huà）電機的控製技術可以實現降低（dī）大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機（jī）的輸（shū）入（rù）電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電（diàn）機采用多台小功率變頻器聯合供電，這（zhè）樣設計降低了電機的供電電壓和使用的（de）變頻器容量，從而降低成（chéng）本。每個模塊電機都具（jù）有一（yī）套獨立（lì）的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕（qīng）載工（gōng）況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅（qū）動球磨（mó）機。　　在結構方麵，本產品電機的定子采用了一（yī）種自（zì）主設計研發的隨動（dòng）式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間（jiān）隙的小扇形塊，通過機械（xiè）結構設計，確定了（le）一種無論球磨機（jī）轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定（dìng）子與轉子間（jiān）隙恒定的結構。本產品通過機械結（jié）構設計保證定（dìng）子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃（sǎo）膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直（zhí）驅電機的（de）小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生（shēng）產成本，節約稀土資源，節能（néng）用電（diàn）量。當模塊發生（shēng）故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正（zhèng）常（cháng）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、球磨機（jī）專用隨動式永（yǒng）磁直驅（qū）電機概述　　本（běn）產品的隨動式定（dìng）子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定（dìng）子塊（kuài）就像（xiàng）汽車。滾輪貼合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車（chē）輪（lún）與地麵貼合，即滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪貼（tiē）合滾筒，保證定子、轉子間隙（xì）恒定，在球（qiú）磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、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，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間（jiān）隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因（yīn）為隨動式結構，電機不會發生（shēng）掃膛（táng）現象。　　本產品電機的定子為隨動式結構,基於（yú）模塊化永磁直驅電機（jī），采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是（shì）在定子塊的軸向兩側安（ān）裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子（zǐ）與轉子間（jiān）的（de）間隙，定（dìng）子塊徑向外側設有（yǒu）與支撐框架相連的彈性機構。彈性機（jī）構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向（xiàng）上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝（zhuāng）的滾輪，進而帶動定子塊（kuài）向上（shàng）移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方（fāng）定（dìng）子塊在受到永磁體（tǐ）對其向（xiàng）上的吸引力的同時，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貼合轉筒外表麵，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（dìng）子、轉（zhuǎn）子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上（shàng）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（gòu）將（jiāng）上（shàng）方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。　　本產品彈性（xìng）裝置的壓力大小可調，對於不（bú）同（tóng）位置的定子塊設置不同的壓力,避（bì）免因（yīn）彈（dàn）性（xìng）裝置設（shè）置（zhì）的壓力過大造成滾輪（lún）或轉筒磨損較快。　　本產品將永磁電（diàn）機采用模塊（kuài）化控製，根據（jù）不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式（shì）定子塊構成一台（tái）模塊電機，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（diàn）機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相（xiàng）鄰隨動式（shì）定子塊間設有固定（dìng）在（zài）支撐框架（jià）上的擋（dǎng）板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜（xián）接T型支撐板,用於支（zhī）撐安裝電機轉（zhuǎn）子鐵心及磁鋼。　　本產品的隨動式定（dìng）子塊安裝（zhuāng）拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性（xìng）機構與定子（zǐ）塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可（kě）將定（dìng）子塊沿徑向拉出，進（jìn）行檢修或（huò）更換新的定（dìng）子塊。　　3、采用本產品（pǐn）代（dài）替傳統磨機（jī）的電機驅動係統的優點　　現階段大（dà）多數的球磨機仍采用三相感應電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感（gǎn）應電（diàn）機相比優勢是它有較高的效率和功率因數（shù），損耗大（dà）大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電（diàn）機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動（dòng）相對困難。這些也是近年來永磁電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（chǐ）輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈（liàn），直驅係（xì）統的（de）傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到（dào）大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因（yīn）漏油造成環境汙染。　　由於本產品電（diàn）機定子采用（yòng）了模塊（kuài）化（huà）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多個小功（gōng）率電（diàn）機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功（gōng）率（lǜ）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（yuán），模塊化電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（de）供電電壓和使用的變（biàn）頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。　　傳統電（diàn）機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變（biàn），諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行（háng）。而本（běn）產品進行（háng）了模塊化設計，每個模塊（kuài）電機都具有一套獨立的（de）控製（zhì）係統，大大提升了電機控製的自由（yóu）度,可以利用（yòng）其（qí）多電機（jī）結構（gòu）和控製靈活的優勢，在發生故（gù）障時。可以直接拆卸故障電機更換（huàn）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，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使（shǐ）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（chà）、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變或重載產生震動等因素會發生轉（zhuǎn）子偏心（xīn）現象，偏心嚴重（chóng）時還會造（zào）成電機掃膛損壞電（diàn）機，實際生產中（zhōng）常常（cháng）通過增（zēng）加氣隙大小來預（yù）防（fáng）掃膛，而（ér）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（dìng）子結構的（de）模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉（zhuǎn）子之間的（de）間隙恒定，可將氣隙做的（de）更小，減少永磁體用量，電機不會發（fā）生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結（jié）構在偏心時能繼續正常工（gōng）作，檢修次數更少，工作時（shí）間（jiān）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、隨動式球磨機（jī）裝配示意圖　　二、永（yǒng）磁（cí）直驅立磨技術（shù）　　1、立磨直驅對比於傳統感應電（diàn）機的優（yōu）點( 1）變頻調速控製，實現負（fù）載工（gōng）況多樣性（xìng）　　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統工作環境，係統反應（yīng）速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇（yù）到突發事件，除調整磨輾高度外，還增（zēng）加了速度調節以快（kuài）速適應（yīng）係統工作（zuò）環（huán）境，係統反應（yīng）速度更快。　　(2）係統簡單,可靠性高　　傳統係統因（yīn）三相感應電機無法在低（dī）速實現大轉矩（jǔ）輸出，需要額外的盤車（chē）係統滿足立磨的低速起動。為保證在電（diàn）機起動過程不對電網造（zào）成過大的（de）衝擊，需增（zēng）加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通（tōng）過減速器滿足係統轉矩需要，整個（gè）係（xì）統構成複雜，係統（tǒng）運行的輔助設備很（hěn）多。直驅係統由變頻控製係（xì）統控製永磁同步電（diàn）機（jī）起動，轉矩特性滿足需要（yào），無（wú）需盤車係統和減速（sù）器，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，待三相（xiàng）感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複（fù）雜，低速（sù）無法實現過載輸出。在低速過程（chéng）需要盤車係統，將轉速（sù）提高到三相（xiàng）感應（yīng）電機起（qǐ）動條件。直驅係統直接變頻低速（sù）起動，係統直（zhí）接運行（háng），係（xì）統控製簡單。變頻（pín）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（dī）速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤（pán）車係統。　　(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少　　係（xì）統各構成單（dān）元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需（xū）要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實（shí）現在低速運行的情況下進行係統維（wéi）護。直驅（qū）係（xì）統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅（qū）動（dòng），控製（zhì）方便。係統（tǒng）內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。　　(5）傳動效率高,節能效果明顯　　綜上采用直驅永磁（cí）電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元（yuán）。（按（àn）照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統（tǒng）的優勢（shì）與球磨機直驅係（xì）統相同，這（zhè）裏不再一（yī）—贅述。　　2、永磁直驅立磨（mó）結構示意（yì）圖　　本新（xīn）型立磨結構采用永（yǒng）磁直驅電機驅動,提高（gāo）了（le）立磨效率。在（zài）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（dài）大直徑軸承，方便加（jiā）工、生產、運輸、裝（zhuāng）配、維修，並降低成本,在工程實際中具（jù）有很強（qiáng）的（de）實用（yòng）型。　　針對大、中、小型不同尺寸的立磨（mó），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（xiàng）異步電動機，永磁直驅電機（jī）具有雙向載荷（hé）機構與不同的放（fàng）置位置，均能（néng）達到（dào）扶正與承壓的作用（yòng），並且方便製造、裝配維護，節省（shěng）成本。均已申請專 利。