1、技術背景　　傳（chuán）統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電（diàn）動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導（dǎo）致（zhì）球磨機的傳動係統存在機（jī）械傳動鏈冗長、效率低、機構（gòu）複雜、運行維護工作量大等問題。　　沈（shěn）陽工業大學電（diàn）機與控製技術研究所與河南九幺免费版機電設（shè）備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁（cí）直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳（chuán）輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需（xū）求，省（shěng）去傳統（tǒng）磨機的減速機，顯著提高了（le）電機的效率與功率因（yīn）數，具有節能（néng）、起（qǐ）動轉矩（jǔ）大、過載能力強、係（xì）統免維護、自動化程度高等優點。　　在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低（dī）了加工、製（zhì）造、運輸等難（nán）度（dù），還相（xiàng）當於把一個大功（gōng）率電（diàn）機做成（chéng）了多個小功率電機（jī）。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（jiā）電機的輸入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率（lǜ）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變頻器容量，從而降低成本。每個模（mó）塊電機都具有一套獨立的控製係統（tǒng），大大提升了電機控製的自由度，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（qiú）磨機。　　在結構方（fāng）麵，本產品電（diàn）機的定子采用了一種（zhǒng）自主設計研發的隨（suí）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（jié）構設計，確定了一（yī）種（zhǒng）無論球磨機轉筒是否（fǒu）震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而（ér）保持定子與轉子間隙恒（héng）定的結構。本（běn）產品通過機械結構設（shè）計保證定子與轉子間（jiān）的間隙恒定，電機不會發生掃膛現（xiàn）象，因此電機（jī）的氣隙可（kě）以設（shè）計的比（bǐ）普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低（dī）電機永磁體用（yòng）量，降低生產成本（běn），節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸（xiè）故障電機，更（gèng）換新（xīn）的模塊（kuài）電機即（jí）可正（zhèng）常運（yùn）行。使用本產（chǎn）品完全不會因電機發生故障而影響（xiǎng）到生產工期。　　2、球磨（mó）機專用隨動式永磁直驅電機概述　　本產品的隨動式定（dìng）子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路（lù），定子塊就像汽車（chē）。滾輪貼合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車在公路（lù）行駛，公路的起伏不影響車輪與（yǔ）地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒（héng）定，在球磨機因裝配誤（wù）差、軸（zhóu）承（chéng）磨損、滾筒形變、重載震（zhèn）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（mó）機始終運行在性能狀態（tài），不（bú）必（bì）停機檢修。同時電機定子（zǐ）與轉子間的（de）間隙也可以（yǐ）做的更小，減少永磁體用量，並（bìng）且因為隨動式結構，電機不（bú）會發生掃膛現象。　　本產品電機的（de）定子為隨動（dòng）式結構,基於模塊化永磁直驅（qū）電機，采用獨立的扇形定子（zǐ）塊結構，其隨動（dòng）原理是在定子塊的軸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，定子塊徑向外側（cè）設有與（yǔ）支撐框架相連的（de）彈性機構。彈性（xìng）機構在球磨機滾筒（tǒng）不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂定子塊上（shàng）安裝的滾輪（lún），進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續（xù）壓縮;下方定子塊在受到永磁體（tǐ）對其向（xiàng）上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其（qí）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（yǔ）圓周方向的（de）移動，從而保（bǎo）證定子（zǐ）、轉子之間的（de）間隙不變。球磨（mó）機滾筒向下複位或繼（jì）續向下波（bō）動，則上方定子塊在受到永磁（cí）體對其向下的吸引力的（de）同時，彈性機構將上方其向（xiàng）下壓,下方定子（zǐ）塊被轉筒向下（xià）壓。　　本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位（wèi）置的定子塊設置不同（tóng）的壓力,避免因（yīn）彈性裝置設置的（de）壓力過大造（zào）成滾輪（lún）或轉筒磨損較快。　　本產（chǎn）品將永磁電機采（cǎi）用模塊化控製，根據不同功（gōng）率的電機設（shè）計采用不（bú）同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電（diàn）機由多（duō）台模塊電機構（gòu）成,多（duō）台模（mó）塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝（zhuāng）在球磨機滾筒上。相鄰（lín）隨動式定子塊（kuài）間設有固定在支撐框架上的擋板來對（duì）定子塊進行圓（yuán）周方向的限位。球磨機滾筒的法（fǎ）蘭處銜接T型（xíng）支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及（jí）磁鋼。　　本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球（qiú）磨機的徑向依次拆卸（xiè）密封（fēng）外殼、彈性機構（gòu）、彈性機構與定子（zǐ）塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更（gèng）換新的定子塊。　　3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的（de）優點　　現階段大多數的球磨機仍采用三相感應（yīng）電動機、聯軸器、減（jiǎn）速（sù）裝置以（yǐ）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，損耗大大降低，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，感應電機則起動相對困難。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（le）中間的減速機、聯（lián）軸器、及齒輪的傳動（dòng）環節，縮（suō）短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係統（tǒng）的傳動效率將提升至少（shǎo）20%。球磨機直驅係（xì）統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳（chuán）統設（shè）備因漏油造成環境汙染。　　由於（yú）本產（chǎn）品電機定子采用了模塊（kuài）化設（shè）計，不（bú）僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相（xiàng）當於把一（yī）個大功（gōng）率電（diàn）機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控（kòng）製技術（shù）可以實現降低大功率電（diàn）機的輸（shū）入（rù）電壓，但是不增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多台小功（gōng）率變頻器（qì）聯合供（gòng）電。這樣設（shè）計降低了電機（jī）的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕（qīng）載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機（jī）。　　傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降（jiàng），轉矩（jǔ）波動顯著增加，無法（fǎ）繼續（xù）正常運行。而本產品進（jìn）行了模塊化（huà）設計，每（měi）個模塊電機都具有一套（tào）獨立的（de）控製係統，大大提升（shēng）了電機控製的自由（yóu）度,可以利用其多（duō）電機結構（gòu）和控製靈活的（de）優（yōu）勢，在發（fā）生故障時。可以直接拆（chāi）卸故障電機更換新的（de）模塊電機即可正常（cháng）運行。模（mó）塊化（huà）電機具有冗餘的（de）模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降（jiàng）額運行。使用本產（chǎn）品完全不會（huì）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（chéng）磨損、滾筒（tǒng）形變或（huò）重載產生震動等因素會發生轉子偏心現（xiàn）象，偏心嚴重時還會造成（chéng）電機掃膛損壞電機，實際生產中（zhōng）常常（cháng）通過增（zēng）加（jiā）氣隙大小來預防（fáng）掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造（zào）成本。隨動式定子結構的模（mó）塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定（dìng），可將氣隙做的更小，減少永（yǒng）磁（cí）體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因（yīn）為該隨動式定（dìng）子結（jié）構在偏心時能繼續正常工作，檢修次（cì）數更少，工作（zuò）時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修（xiū）次數就是提高（gāo）生產效（xiào）率。　　4、隨動式球磨機裝（zhuāng）配示意圖（tú）　　二、永磁直驅立磨技術　　1、立磨（mó）直驅（qū）對（duì）比於傳（chuán）統感（gǎn）應電（diàn）機的（de）優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性（xìng）　　傳統立磨速度單（dān）一，工況適應能力差。遇到（dào）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（dù）慢。永磁同步電機采用（yòng）變頻調速（sù），適應工（gōng）況能力強。遇到突（tū）發事件，除（chú）調整磨輾高度外，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（gèng）快。　　(2）係統簡單,可靠（kào）性高　　傳（chuán）統係統因三相感應電機無法在低速實現大（dà）轉矩輸出，需要額外的盤（pán）車係統滿足立（lì）磨的（de）低速起動。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（xiàng）感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需（xū）要，整個係統構成複（fù）雜，係統（tǒng）運行的輔助設（shè）備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁（cí）同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無（wú）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，起動過程隨意設定　　傳統係統（tǒng）先（xiān）由（yóu）低速盤車係統起動，待三相感應（yīng）電機達到起動條件後，軟起（qǐ）動裝（zhuāng）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。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相（xiàng）感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速（sù）起動，係統直接運（yùn）行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際（jì）工況進行調整，以滿足（zú）各種工況的需求。低（dī）速可過載輸（shū）出，滿足起動需要，取代盤車係統。　　(4）無減（jiǎn）速器，維護成本更低,維護（hù）次數少　　係統各構成單（dān）元均（jun1）需（xū）要時常檢查（chá）和定期維護，傳統係統構成單元多（duō）。同時立磨減速器結（jié）構複雜需要經常（cháng）維護，維護成本費用高。同時（shí）係（xì）統無法實現在低速運行的（de）情況下進行係統維護。直驅係（xì）統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步（bù）電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維（wéi）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　　綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年（nián）節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直（zhí）驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏（lǐ）不再（zài）一—贅述。　　2、永磁直驅（qū）立（lì）磨結構示意圖（tú）　　本新型立磨結構采用永磁直驅電機（jī）驅（qū）動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正軸（zhóu）承與壓力軸承上進行突破，通（tōng）過設計（jì）一種（zhǒng）雙向載荷扇形模塊機（jī）構替代（dài）大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配（pèi）、維修，並降低（dī）成本,在工（gōng）程實際中具有很強的實用型。　　針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁（cí）直（zhí）驅電（diàn）機具（jù）有雙向載荷機構與不同的放置位置（zhì），均能（néng）達到扶（fú）正（zhèng）與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護（hù），節省成本。均已申請專 利。