1、技術背景　　傳統的球磨機、立磨機大都采用（yòng）三相（xiàng）異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行（háng）驅（qū）動，導致球（qiú）磨機（jī）的傳動係統（tǒng）存（cún）在機械傳動鏈（liàn）冗長、效率低（dī）、機構複雜、運行維護工作量大等問題。　　沈（shěn）陽工業大學電機與控製技術研究所與河（hé）南全新機電設備有限公司聯（lián）合設計研發的球磨機（jī）、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結（jié）構進行（háng）機電一體化（huà）設（shè）計，取消動力傳輸的中間環（huán）節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的（de）需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強（qiáng）、係統（tǒng）免維護（hù）、自動（dòng）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（jì），不僅降低（dī）了加工、製造、運輸等難度，還相當（dāng）於把一個大功率電（diàn）機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術（shù）可以實現降低大功率（lǜ）電機的輸入電壓，但是不增加（jiā）電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降（jiàng）低了電機（jī）的供（gòng）電電壓和使用的變頻（pín）器容量，從而降低成本（běn）。每個模塊電機都（dōu）具有（yǒu）一套獨立的控製係（xì）統，大大（dà）提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況（kuàng）時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。　　在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨（suí）動式結構（gòu），將整圓的（de）定子分成若幹個相互存在（zài）間（jiān）隙的小（xiǎo）扇形塊，通過（guò）機械結（jié）構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子（zǐ）塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉（zhuǎn）子間隙恒定的結構。本產品通過（guò）機械（xiè）結構設計（jì）保證定子與轉子（zǐ）間的間隙恒定，電機不會發生（shēng）掃（sǎo）膛現象（xiàng），因此電機的氣隙可以設計（jì）的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機（jī）永磁體用量，降低生產成本，節約稀（xī）土資源（yuán），節能用電量。當模塊發生故障時，直接（jiē）拆卸故障電機，更換（huàn）新的模塊（kuài）電機即可正常運行。使用本產品完（wán）全不會因電（diàn）機發生故（gù）障而影響到生產工期。　　2、球磨機專用（yòng）隨動式（shì）永磁直驅電（diàn）機概述　　本產品的隨動式（shì）定（dìng）子結構構成一（yī）種（zhǒng）“小（xiǎo）車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像（xiàng）汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路（lù）行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮（fú）動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝（zhuāng）配（pèi）誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原（yuán）因造（zào）成電機偏心、氣隙（xì）不均勻時，仍能正常運轉（zhuǎn），保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機（jī）定子（zǐ）與轉子（zǐ）間的間隙（xì）也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發（fā）生掃膛現象。　　本產（chǎn）品電機的定子為隨動式結構,基於模塊（kuài）化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在（zài）定子塊的軸向兩（liǎng）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（zǐ）塊徑向外側設有與支（zhī）撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機（jī）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（huì）向上頂定子塊上安裝（zhuāng）的滾輪，進而帶（dài）動定子（zǐ）塊（kuài）向上移動，上方（fāng）彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力（lì）的（de）同時，定子塊上（shàng）的彈性機構將其向（xiàng）上頂，保（bǎo）證下（xià）方定（dìng）子（zǐ）塊的滾輪（lún）依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而（ér）進行徑向與（yǔ）圓周方向（xiàng）的移動（dòng），從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾（gǔn）筒向下複位或（huò）繼續向下（xià）波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸（xī）引力的同時，彈性機構（gòu）將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。　　本產品彈性裝置的（de）壓（yā）力大小可調（diào），對於不同位（wèi）置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。　　本產品將永磁電機采用模塊化（huà）控（kòng）製，根據不同功率的（de）電機設計采用不同個數的（de）隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由（yóu）多台模塊電（diàn）機構成,多台模塊電（diàn）機共用同一個（gè）轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上（shàng）。相（xiàng）鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的（de）擋板來對定子塊進（jìn）行圓周方向的限位。球磨機（jī）滾筒的法蘭處銜接T型支撐板（bǎn）,用於支撐安裝（zhuāng）電機轉子鐵心及（jí）磁鋼。　　本產品的隨動式（shì）定子塊安（ān）裝拆卸十分便（biàn）捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機（jī）構與（yǔ）定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑（jìng）向拉出，進（jìn）行檢修或更換新的定子塊。　　3、采用本產品代替傳統磨機的電機（jī）驅動係（xì）統的優（yōu）點　　現階段大（dà）多數（shù）的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有（yǒu）較高的效率和功（gōng）率因數，損（sǔn）耗大大降低，節約了能源。永磁（cí）電機通過變頻器進行（háng）調速，電機運行（háng）平穩，係統（tǒng）響應速（sù）度快（kuài），感應電機（jī）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（fàn）的原因。　　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），縮短係統的傳動鏈，直驅係（xì）統的傳動效率將提升（shēng）至少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（tǒng）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（wū）染。　　由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加（jiā）工，製造（zào），運輸等難（nán）度，還相當於把一（yī）個大功率電機做成了多個小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的（de）控製技術（shù）可以實現降低大功率電機的輸入（rù）電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級（jí）絕緣，模塊化電機采用（yòng）多台小功率變（biàn）頻（pín）器聯合供電。這樣設計降低（dī）了（le）電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機驅動球磨機。　　傳統（tǒng）電機故障時，會導致電（diàn）機（jī）合（hé）成磁動勢發生畸變（biàn），諧波含量增（zēng）加，平均轉矩下降，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，每個模塊電機都（dōu）具有（yǒu）一（yī）套獨立的控製係統，大大提升（shēng）了電機控製的自（zì）由度,可以利用其多電機結構（gòu）和控製靈活（huó）的優勢，在發生（shēng）故障時。可以直（zhí）接拆卸故障電機更（gèng）換新的模塊電（diàn）機即可正常運行。模塊（kuài）化電機具有冗餘的模（mó）塊數，也可切除故障子（zǐ）模塊而控製其餘正常子模塊降額運（yùn）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、軸承（chéng）磨損（sǔn）、滾筒形變或（huò）重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電（diàn）機（jī）掃膛損壞電（diàn）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（yòng）量增加（jiā），提高（gāo）電機製造成本。隨動式定子結構的（de）模塊電機（jī），能在轉筒偏心時保證定子與（yǔ）轉（zhuǎn）子之間的間隙恒定，可將（jiāng）氣隙做的（de）更小，減少永磁體（tǐ）用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工（gōng）作，檢修次數更少（shǎo），工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就（jiù）是提高生產效率。　　4、隨動式球磨機裝配（pèi）示意圖　　二、永磁直驅立磨技術　　1、立磨直驅對（duì）比於傳統感應電（diàn）機（jī）的優點( 1）變頻調速控製，實（shí）現（xiàn）負載工況（kuàng）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統工作環境，係統反應速度慢。永（yǒng）磁同步電機（jī）采用變頻調速，適應（yīng）工況能力強。遇到突發事件，除調整磨（mó）輾（niǎn）高度外，還增加了速度調節以快速適應（yīng）係統工作環境，係統反應速（sù）度（dù）更快。　　(2）係統簡單,可靠性（xìng）高　　傳統係統因三相感應電機無（wú）法在低速實現大轉矩（jǔ）輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨（mó）的低速起（qǐ）動。為保證（zhèng）在電機起動過（guò）程不對電網造成過大的衝擊（jī），需增加軟起（qǐ）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，整個係統構成複雜，係統（tǒng）運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩（jǔ）特性滿（mǎn）足需要（yào），無需盤（pán）車係統和（hé）減（jiǎn）速器，輔助係統少，結構簡（jiǎn）單。　　(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定　　傳統係（xì）統先由低速盤車係統起動，待三相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（tǒng）運行。係統控製複雜（zá），低速無法實現過載輸出（chū）。在低速過（guò）程需要盤車係統，將轉速提高到三相（xiàng）感應電機（jī）起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡（jiǎn）單（dān）。變（biàn）頻控製起動（dòng）過程可根據實際工（gōng）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（dòng）需要，取代（dài）盤車係（xì）統。　　(4）無減速器，維護成本更低,維護次數（shù）少　　係統各構成（chéng）單（dān）元均需要時常檢查和（hé）定期維護，傳統係統構成單元（yuán）多。同時立磨減速器結構複（fù）雜需要經常維護，維（wéi）護成本費用高。同（tóng）時係統無法實現在低速（sù）運行的情況下進行係統（tǒng）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（fāng）便。係（xì）統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可（kě）實現在電（diàn）機（jī）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（jī）取代傳（chuán）統驅動係統年節電量達181萬元。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立（lì）式鯤磨機直驅（qū）係統的優勢與球磨（mó）機直驅係統相同，這裏不再一（yī）—贅述。　　2、永磁直驅立（lì）磨（mó）結構示意（yì）圖　　本新型立磨結構（gòu）采用永（yǒng）磁直驅電（diàn）機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓（yā）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（jìng）軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具（jù）有（yǒu）很強的實用（yòng）型（xíng）。　　針對大（dà）、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了（le）三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與（yǔ）三相異步電動機，永磁直（zhí）驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位（wèi）置，均（jun1）能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均（jun1）已申（shēn）請專 利。