1、技術背景　　傳統的球（qiú）磨機、立（lì）磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。　　沈陽工業大學電機與控製技（jì）術研究所（suǒ）與河南（nán）草莓视频ios機（jī）電設備有限公司（sī）聯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進行機電一體化設計，取消動力傳（chuán）輸的中間環節（jiē），做成直驅方案，能直接滿足（zú）荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率（lǜ）與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高（gāo）等優點。　　在（zài）控製（zhì）方麵,本產品電機定子采用了模塊（kuài）化設計，不僅降（jiàng）低了加工（gōng）、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功率（lǜ）電機做成了多個小功率電機。模塊化電（diàn）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流（liú），電機（jī）不必采用高等級絕緣。模塊化（huà）電機采用多台小功率變頻器聯（lián）合供電（diàn），這樣設計降低了電機的供電電壓和使用（yòng）的變（biàn）頻（pín）器容量，從（cóng）而降低成本（běn）。每個模塊電機都具（jù）有一套獨立的控製係統，大（dà）大提升了電（diàn）機（jī）控製的自由（yóu）度，球磨機運行在輕載工況時（shí），完全（quán）可（kě）以隻運行部（bù）分模塊電（diàn）機驅動球磨機（jī）。　　在結構方麵（miàn），本（běn）產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓（yuán）的定子分成若幹個相互存在間（jiān）隙的小扇形塊，通（tōng）過機械結（jié）構（gòu）設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉（zhuǎn）筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定（dìng）的結構。本產品通過（guò）機械結構設計（jì）保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機（jī）的氣隙可（kě）以（yǐ）設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降（jiàng）低電（diàn）機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模（mó）塊發生故障時，直接拆（chāi）卸故障電機，更換新的（de）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（gù）障而影響到生（shēng）產工期（qī）。　　2、球磨（mó）機專用隨動式永（yǒng）磁直驅電機概述　　本（běn）產品的隨動（dòng）式定子結構構成一種（zhǒng）“小車結構”，滾筒就（jiù）像公路（lù），定子（zǐ）塊就像汽車（chē）。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路（lù）行（háng）駛，公路的起伏不影響車輪與（yǔ）地（dì）麵貼（tiē）合，即滾筒偏心浮動不影響（xiǎng）滾輪貼合滾（gǔn）筒，保證定子、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配（pèi）誤差、軸承磨損（sǔn）、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（yùn）轉，保證磨機始終運行在（zài）性能狀態，不必停機檢修（xiū）。同時電機定（dìng）子與轉子間的（de）間隙也（yě）可以做的更小，減少永（yǒng）磁體用量（liàng），並且因（yīn）為隨動式結構，電機不會發生掃（sǎo）膛（táng）現象。　　本產品電機的定子為隨動式（shì）結（jié）構（gòu）,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨（dú）立的（de）扇（shàn）形定子塊結構，其（qí）隨動原（yuán）理是（shì）在定子塊的軸向兩側安裝（zhuāng）滾輪且（qiě）滾輪貼合滾筒來確定定子與（yǔ）轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有（yǒu）與支（zhī）撐框架（jià）相連（lián）的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處（chù）於（yú）半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子（zǐ）塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向（xiàng）上移動，上（shàng）方彈性機構繼續壓縮;下方（fāng）定（dìng）子塊在受到永磁體對其向上的吸（xī）引力的同（tóng）時，定（dìng）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（rán）貼合轉筒外（wài）表麵，使定子塊跟隨轉筒波動（dòng）而進行徑向與圓周方向（xiàng）的移動，從而保證（zhèng）定（dìng）子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼（jì）續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機（jī）構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。　　本產（chǎn）品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力（lì）,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控製，根據不同功率的電機設計采（cǎi）用不同個數的隨動式定子塊構成一台模（mó）塊電機，一台（tái）整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同（tóng）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（dìng）子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型（xíng）支撐板,用於支撐（chēng）安裝電機轉子鐵（tiě）心及（jí）磁鋼。　　本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封（fēng）外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接（jiē）杆、彈性機構支撐架，即可將（jiāng）定子塊沿徑（jìng）向拉出，進行（háng）檢修或更換新的定子塊（kuài）。　　3、采（cǎi）用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點（diǎn）　　現（xiàn）階段大（dà）多數的（de）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（háng）驅動。永磁同步電機與感應電機相（xiàng）比優勢是它有（yǒu）較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能（néng）源。永磁電機通過變頻器進（jìn）行調速，電機運行平（píng）穩，係統（tǒng）響應（yīng）速（sù）度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年（nián）來永（yǒng）磁電機應用（yòng）越來越廣泛的原（yuán）因。　　采用永磁（cí）直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環（huán）節，縮短係統的傳動鏈（liàn），直驅係統的傳動效（xiào）率（lǜ）將提升（shēng）至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提（tí）升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避（bì）免了傳統設備因漏油造成環境汙染。　　由於本產品電機定子采用（yòng）了模塊化設計，不僅（jǐn）降低（dī）了加工，製造，運（yùn）輸等難度，還（hái）相當於把一個大功率電機做成了多個小（xiǎo）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（de）輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流（liú），電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多（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（diàn）電壓和（hé）使用的變頻器容量，從（cóng）而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全（quán）可（kě）以隻運行部分（fèn）模塊電機驅動球磨機。　　傳統電機故障時，會導致電機（jī）合成（chéng）磁動勢發生畸變，諧波含量增（zēng）加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼（jì）續正常運行。而本（běn）產（chǎn）品進行了模塊化設計，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（de）自由度（dù）,可以利用其多電機結構（gòu）和控製靈活的優（yōu）勢，在發生故障時。可以直（zhí）接拆卸故障電機更換（huàn）新的模（mó）塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗（rǒng）餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製（zhì）其（qí）餘正（zhèng）常子模塊降額運行。使用本產品（pǐn）完全不會因電機發生故（gù）障而影響（xiǎng）到生產工期。　　球（qiú）磨機因加（jiā）工誤差、軸承磨損、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機（jī）掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙（xì）大小來預（yù）防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量（liàng）增加，提（tí）高電機製造成（chéng）本（běn）。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉（zhuǎn）子之間的間隙恒定（dìng），可將（jiāng）氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機（jī）不會發生（shēng）掃膛（táng）現象，同時因為該隨動式（shì）定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修（xiū）次數更少，工作時間更（gèng）長，大（dà）體（tǐ）積球磨機檢修複雜，降低檢（jiǎn）修次數就是提（tí）高生產效率。　　4、隨動式球磨機裝配示意圖（tú）　　二、永磁（cí）直驅立磨技術　　1、立磨直驅對比於傳統感（gǎn）應電機的優點( 1）變頻調速控（kòng）製，實現負載工（gōng）況（kuàng）多樣性　　傳統立（lì）磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨（mó）鞮高度來改變係統工作環（huán）境，係統反應速度慢。永磁同步電機采（cǎi）用變頻（pín）調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨（mó）輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統（tǒng）反應速度（dù）更快。　　(2）係統簡單,可靠性高　　傳統係統因三相感應電機無（wú）法在低（dī）速（sù）實現大轉矩輸出（chū），需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保（bǎo）證（zhèng）在電機起動過程（chéng）不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起（qǐ）動裝置。三相感應電機起（qǐ）動後，通（tōng）過（guò）減速（sù）器滿足係統轉矩需要，整個係統（tǒng）構成（chéng）複雜，係統（tǒng）運行的輔助設備很多（duō）。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電（diàn）機起動，轉矩（jǔ）特性（xìng）滿足需要，無需盤（pán）車係統和減速器，輔助係統（tǒng）少（shǎo），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（xì）統起動，待三（sān）相感應電機達到起動條件後（hòu），軟起動裝置起動三相感（gǎn）應電機，係統運行。係（xì）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（tí）高到三相（xiàng）感應（yīng）電機起（qǐ）動（dòng）條件。直驅係統直接變頻低（dī）速起動，係（xì）統直（zhí）接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過（guò）程可根據實際（jì）工況進行調整，以滿足各種工況（kuàng）的需求。低速可過載輸（shū）出，滿足起動（dòng）需要，取代盤車係統。　　(4）無減（jiǎn）速器，維護成本更低,維（wéi）護次數少　　係統各構成單元均需要時常檢查（chá）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要經（jīng）常維護，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（yǒng）磁同步電機直接驅動，控製方（fāng）便。係統內無減速器，無需（xū）額（é）外進（jìn）行維護，係統維護成（chéng）本低（dī）。同時，係統可實現在（zài）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（tǒng）驅動係統年節電量達（dá）181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機（jī）直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不（bú）再一—贅述。　　2、永磁直驅立磨結構示意圖　　本（běn）新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在（zài）立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破（pò），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（jiā）工、生產（chǎn）、運輸、裝配（pèi）、維修，並降低成本,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（cùn）的立磨，分別設計了三種立（lì）磨專用永磁電機，代（dài）替傳統的減速（sù）機與三相異（yì）步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放（fàng）置位置，均能達到扶（fú）正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。