1、技術背景　　傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動（dòng）機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以（yǐ）及（jí）齒（chǐ）輪結（jié）構進行驅動（dòng），導致（zhì）球磨機的傳動係統存在機械傳動（dòng）鏈冗長、效率低、機構複雜、運（yùn）行維（wéi）護工作量大等問題。　　沈陽工業大（dà）學電機與（yǔ）控製技術研究所與河南（nán）天美传媒在线（xīn）機電設備有限公司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（tǐ）化設計，取消動力傳輸的（de）中間環節，做成直（zhí）驅方（fāng）案，能（néng）直接滿足荷載的（de）需求，省去傳統（tǒng）磨（mó）機的減速（sù）機，顯著提高了電機的效率與功率因數（shù），具有節能、起（qǐ）動轉（zhuǎn）矩大、過載能力強（qiáng）、係統（tǒng）免維護、自動化程度高等優點。　　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（dī）了加工、製造、運輸等（děng）難（nán）度，還（hái）相當於把一個大（dà）功率電機（jī）做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機（jī）不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯（lián）合（hé）供電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使用（yòng）的（de）變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立（lì）的控製係統，大大提升了（le）電機控製的自由度，球磨機運行在輕載（zǎi）工況時，完全可以隻運行部（bù）分模塊電機驅動球磨機。　　在結構方麵，本產（chǎn）品電機的定子采用了一種自主設計研發（fā）的（de）隨動（dòng）式結構，將（jiāng）整圓的定子分成若幹個相互存在間（jiān）隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一（yī）種無論球磨機轉筒是否（fǒu）震動或偏心（xīn），定子塊始終跟隨（suí）轉筒運動從而保持定子與轉（zhuǎn）子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證（zhèng）定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生（shēng）掃膛現象（xiàng），因此電機的氣（qì）隙（xì）可以（yǐ）設（shè）計（jì）的（de）比普通永磁直驅電機的小很（hěn）多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產（chǎn）成本，節約稀土資源，節（jiē）能用電量。當模塊發生故障時，直接拆（chāi）卸故障電（diàn）機，更換新的模塊電機即可正（zhèng）常運（yùn）行（háng）。使用本產（chǎn）品（pǐn）完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。　　2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述　　本產品（pǐn）的隨動式（shì）定（dìng）子（zǐ）結構構（gòu）成一種“小車結構”，滾（gǔn）筒就像公路，定子塊（kuài）就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相（xiàng）當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影（yǐng）響車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻（yún）時，仍能正常運（yùn）轉（zhuǎn），保證磨機始終運行（háng）在性能狀態（tài），不必停機檢（jiǎn）修。同時電機（jī）定子與轉（zhuǎn）子間的間隙也（yě）可以做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，並且因為隨（suí）動式結構，電（diàn）機不會發（fā）生掃膛現象。　　本產品電（diàn）機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定（dìng）子塊（kuài）結構，其（qí）隨動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）設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時（shí）處於半壓縮狀態,如果球磨（mó）機滾筒向上波動（dòng），轉筒會向上頂定子塊上安裝（zhuāng）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;下方定子塊在受（shòu）到永磁體對其向上的（de）吸引力的同時，定子塊上的彈性機構（gòu）將其向（xiàng）上頂，保證下方定子（zǐ）塊的滾輪依然貼（tiē）合轉筒外表麵，使定子（zǐ）塊跟隨轉筒波（bō）動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、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（tǐ）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。　　本產品彈（dàn）性裝置的壓力（lì）大小（xiǎo）可調，對於不同位置的（de）定子（zǐ）塊（kuài）設置不（bú）同的（de）壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造（zào）成滾輪或轉筒（tǒng）磨損較（jiào）快（kuài）。　　本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不（bú）同功率的電機設計采用不同個數（shù）的隨動式定（dìng）子（zǐ）塊構成一台模塊電機，一台（tái）整圓電機（jī）由多（duō）台模塊（kuài）電機（jī）構成,多台模塊（kuài）電機共（gòng）用（yòng）同一個轉子，模塊電機包（bāo）繞（rào）式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式（shì）定子塊間設（shè）有固定在支撐框架上的擋板來（lái）對定子塊進行圓周方向的（de）限位。球磨機滾筒的法（fǎ）蘭處銜接T型支撐板,用（yòng）於支撐安裝（zhuāng）電機轉子鐵心及磁鋼。　　本產品的隨動（dòng）式定子塊（kuài）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、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈（dàn）性機構（gòu）支撐架，即可將定子塊沿（yán）徑向拉出，進行檢修或更換新的定（dìng）子塊。　　3、采用本產品代（dài）替傳統（tǒng）磨機的電機驅動係統的優點　　現（xiàn）階段大（dà）多數的球磨機仍采用三相感應電動機（jī）、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結構進（jìn）行驅動（dòng）。永磁同步電機與感應電機相比優（yōu）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（diàn）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（xiàng）對困難。這些也是近年（nián）來永磁電機應用越來越廣泛的原因。　　采用（yòng）永磁（cí）直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率（lǜ）將提升（shēng）至少20%。球磨機直（zhí）驅係統的傳（chuán）動效（xiào）率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護（hù）檢修方便，還避免了傳統（tǒng）設備（bèi）因漏油造成環境汙染。　　由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工（gōng），製造（zào），運（yùn）輸（shū）等難度，還（hái）相當於把一個大功率電（diàn）機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電（diàn）壓，但是不增加（jiā）電機的輸入電流，電機不必采（cǎi）用高等級絕緣，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（dī）了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運（yùn）行（háng）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（tǒng）電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生（shēng）畸（jī）變，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（zhèng）常運行。而本產品進行了模塊化設計（jì），每個模塊（kuài）電機都（dōu）具有一（yī）套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度（dù）,可以利用其多（duō）電機結構和控製靈活（huó）的（de）優勢（shì），在發生故（gù）障時。可以直接拆卸故障電（diàn）機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電（diàn）機具有冗餘（yú）的模塊數，也可切除（chú）故（gù）障（zhàng）子模塊而控製其餘（yú）正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發（fā）生故障而影響到（dào）生產工期。　　球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重（chóng）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掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙（xì）大小來（lái）預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動（dòng）式定子結構的模塊電機，能（néng）在轉筒偏心時保（bǎo）證（zhèng）定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣（qì）隙做的更小，減少永磁體用量（liàng），電機不會（huì）發生掃膛（táng）現象，同時因為該隨動式定子結構在（zài）偏心時能繼續正常工作，檢修（xiū）次數更少，工作時間更長，大體（tǐ）積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效（xiào）率。　　4、隨動式球磨機裝配示意圖　　二、永磁直驅立磨（mó）技術　　1、立磨直驅對比於傳統感應電機的（de）優點（diǎn）( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性（xìng）　　傳統立磨速度單一，工況適（shì）應能力（lì）差。遇到突發事件，調整磨鞮高度（dù）來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調（diào）速，適應工況能力（lì）強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了（le）速度（dù）調節以快速（sù）適應係統工作環境（jìng），係統反應速度更快。　　(2）係統（tǒng）簡單,可靠性高　　傳統係統因三相感應電機無法在低（dī）速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電（diàn）網造成過大的衝擊，需增加軟起動（dòng）裝置。三相感應（yīng）電（diàn）機起動後，通過減（jiǎn）速器滿足係統轉矩（jǔ）需要，整個係統（tǒng）構成複雜，係統運行的（de）輔助設備（bèi）很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁（cí）同（tóng）步電（diàn）機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減（jiǎn）速器，輔助（zhù）係統少，結構簡單。　　(3）變頻器軟起動，起動過（guò）程隨（suí）意（yì）設定　　傳統係統先由低速盤車係統起（qǐ）動，待三相感應電（diàn）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。係統控製複雜，低速無法（fǎ）實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起（qǐ）動條件。直驅係統直接變頻低（dī）速起（qǐ）動，係統（tǒng）直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種（zhǒng）工況的（de）需求。低速可過載輸出（chū），滿足起動需要，取代盤車係統。　　(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少　　係統各構成單元均需要時常檢查和（hé）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常（cháng）維護，維護成本費用高。同時（shí）係統（tǒng）無法實現在低速運行的情（qíng）況下進行（háng）係統維護。直（zhí）驅係統構成單元簡單（dān），變（biàn）頻（pín）器（qì）控製（zhì）永（yǒng）磁同步電機直接驅動，控製（zhì）方便。係統內（nèi）無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本（běn）低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下（xià）進行係統維護。　　(5）傳動效率（lǜ）高,節能效果明顯　　綜上采用直（zhí）驅永磁電（diàn）機取代傳統（tǒng）驅動（dòng）係（xì）統年節電量（liàng）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磨機直驅係統相同，這裏不再一（yī）—贅述。　　2、永磁直驅立磨結（jié）構示（shì）意圖　　本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率（lǜ）。在立磨扶正軸承與壓力軸承（chéng）上進行突破，通（tōng）過設計一（yī）種雙向載荷扇形（xíng）模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產（chǎn）、運輸、裝配、維修（xiū），並降低成本,在工程實（shí）際中具（jù）有很強（qiáng）的實用型。　　針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別（bié）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（bù）電動（dòng）機，永磁直驅電機具（jù）有雙向載荷機（jī）構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓（yā）的作用，並且方便製造、裝（zhuāng）配維護，節省成本。均已申請專（zhuān） 利。