1、技術背景　　傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結（jié）構（gòu）進行驅動，導致球磨機的傳動係統（tǒng）存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量（liàng）大等（děng）問題。　　沈陽（yáng）工業大學（xué）電機與（yǔ）控製技（jì）術研究（jiū）所與河南春梦直播機電（diàn）設備有限（xiàn）公司聯（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（dòng）機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的（de）中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需（xū）求，省去傳統磨機的減速機（jī），顯著提高了電（diàn）機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過（guò）載能力強、係統（tǒng）免維護、自動化程度（dù）高（gāo）等優點。　　在控製方麵,本產品電機（jī）定子采用了模塊化設計，不僅降低了加（jiā）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率電機。模塊化電機的控（kòng）製技術可以實（shí）現降低（dī）大功率電機的輸（shū）入電壓，但是不增加（jiā）電機的輸入（rù）電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機（jī）采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控（kòng）製係統（tǒng），大大提升了電機控製的（de）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磨機。　　在結構方麵，本產品電機的（de）定子采用了一種自（zì）主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過（guò）機械結構設計（jì），確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定（dìng）子塊始終跟隨轉筒運動（dòng）從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電（diàn）機不會（huì）發生掃膛現象（xiàng），因此電機的氣隙可以設計的比（bǐ）普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電（diàn）機永磁體用量，降低生產成（chéng）本，節約稀土資源，節能（néng）用（yòng）電量（liàng）。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機（jī），更換新的模塊電機即可正常運行。使用本（běn）產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。　　2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概（gài）述（shù）　　本產品的隨動式定子結構構成一種“小（xiǎo）車結構”，滾筒就像（xiàng）公路，定子塊就像汽車（chē）。滾輪（lún）貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與（yǔ）地麵貼合，即（jí）滾筒偏心浮動（dòng）不影響滾輪（lún）貼合滾筒（tǒng），保證定子、轉子間隙恒定，在球磨（mó）機因裝配誤差（chà）、軸承（chéng）磨損、滾（gǔn）筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍（réng）能正常運轉，保證（zhèng）磨機（jī）始終運行在性能狀態（tài），不必停機檢修。同時電（diàn）機定子與轉子間的間隙也可以做（zuò）的（de）更小，減少永（yǒng）磁體用量，並（bìng）且因為隨動式結構（gòu），電機不會發生掃膛現象。　　本產品電機的定子為隨（suí）動式結構（gòu）,基於模塊化（huà）永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝（zhuāng）滾輪（lún）且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子（zǐ）間的間隙，定子塊（kuài）徑向外側設有與支撐框架相連（lián）的彈性機構。彈性機構在（zài）球磨機滾筒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（huì）向（xiàng）上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動（dòng），上（shàng）方彈（dàn）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）的同時，定子塊上的彈性機構將其向（xiàng）上頂（dǐng），保證下方定（dìng）子塊的滾輪依然貼合轉筒外表（biǎo）麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方（fāng）向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變（biàn）。球磨機滾筒向下複位（wèi）或繼續向（xiàng）下波動，則上方定子塊在受到永磁（cí）體對其向下的吸引力的同時，彈性（xìng）機構將上方其向（xiàng）下壓,下方（fāng）定子塊被轉筒向下壓。　　本產品彈性裝（zhuāng）置（zhì）的壓力大小可調，對於不同位置的（de）定子塊設置不同的壓力（lì）,避免因彈（dàn）性（xìng）裝置（zhì）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（mó）塊化控製，根據不同功率的電（diàn）機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電（diàn）機，一台（tái）整圓電機由多（duō）台（tái）模塊電機構成,多台模塊電機（jī）共用同一個轉子，模塊電機包繞式安（ān）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（zǐ）塊進行圓周方向的限位。球磨（mó）機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安（ān）裝（zhuāng）電（diàn）機轉（zhuǎn）子鐵心及磁鋼。　　本（běn）產品（pǐn）的隨動式定子塊安裝拆卸十分（fèn）便捷，隻需（xū）要沿（yán）球磨機的徑向依次拆卸密封（fēng）外殼、彈性機（jī）構（gòu）、彈性機構與定子塊之間的（de）連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑（jìng）向拉出（chū），進行檢修或更換（huàn）新的定子塊。　　3、采用本產品代替（tì）傳統磨機的電機驅動係統的優點　　現階段（duàn）大多（duō）數的球磨機仍采用三（sān）相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進（jìn）行驅動。永磁同步電機與感應電（diàn）機相比優勢是（shì）它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永（yǒng）磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩（wěn），係（xì）統響應速度快（kuài），感應電（diàn）機則起動（dòng）相對困難。這（zhè）些也是近年來（lái）永磁（cí）電機應（yīng）用越來越廣泛的原因。　　采（cǎi）用永磁直驅，取消了（le）中間的減（jiǎn）速機、聯軸器、及齒輪的傳（chuán）動（dòng）環節，縮短係（xì）統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨（mó）機直驅係統的（de）傳動效率不僅得到大幅提升（shēng），而且直驅係統的故障（zhàng）率（lǜ）低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏（lòu）油造成環境汙染。　　由於本產品電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製（zhì）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率電機（jī）。模（mó）塊化電機的控製技術可以（yǐ）實現降低大功率電（diàn）機的輸入（rù）電壓，但是不增加電（diàn）機的輸（shū）入電流（liú），電機（jī）不必采用高（gāo）等（děng）級絕緣，模塊化電機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合（hé）供電。這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（jiàng）低成本。球磨機（jī）運（yùn）行在輕載工況時,完全（quán）可以隻運行部分模（mó）塊電機驅（qū）動（dòng）球磨機。　　傳統電機故障時，會導致電機（jī）合成磁動（dòng）勢（shì）發生畸變，諧波（bō）含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著（zhe）增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設（shè）計，每個模塊電機都具有一套獨立的（de）控製係統，大（dà）大提升了電（diàn）機控製的自由度,可以（yǐ）利用其多電機結構（gòu）和控（kòng）製靈活的優勢，在（zài）發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新（xīn）的模塊（kuài）電機即可正常運行。模塊化電機具有冗（rǒng）餘的模塊數（shù），也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響（xiǎng）到生產工期。　　球磨機因加工誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏（piān）心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生（shēng）產中常（cháng）常通過增加（jiā）氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導（dǎo）致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨（suí）動式定子結（jié）構的模塊電機，能在轉筒（tǒng）偏（piān）心時保證定子與轉子之間的間隙（xì）恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用（yòng）量（liàng），電（diàn）機不會（huì）發生（shēng）掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心（xīn）時能繼續正常工作，檢修（xiū）次數更（gèng）少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低（dī）檢（jiǎn）修次數就是提高生產效率。　　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優點( 1）變頻（pín）調速控製，實現（xiàn）負載工況多樣性　　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（lái）改變係（xì）統工作環境，係統反應速度慢（màn）。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強（qiáng）。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加（jiā）了速度調節以快速適應係統（tǒng）工作環境，係統反應速度更快。　　(2）係（xì）統簡（jiǎn）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輸出，需要額（é）外的盤車係統（tǒng）滿足立（lì）磨的低速起動。為保證在電機起動（dòng）過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感（gǎn）應電（diàn）機起動後，通過（guò）減（jiǎn）速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統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機起動，轉矩特性滿足需要（yào），無需盤車係統和（hé）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　　傳統係統先由低速盤車係統起動，待（dài）三相感應電機達到起（qǐ）動條件後，軟起動裝（zhuāng）置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法（fǎ）實現過載輸出。在低（dī）速過程需要盤車係統，將轉速提高（gāo）到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速（sù）起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻（pín）控製起動（dòng）過程可根（gēn）據實際工況進（jìn）行調（diào）整，以滿足各種工況的（de）需求。低速可（kě）過（guò）載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。　　(4）無減速器（qì），維護成本更低,維護次數少（shǎo）　　係統（tǒng）各構成單元均需要時（shí）常檢（jiǎn）查和定期維護，傳統（tǒng）係統構成單元多（duō）。同時立（lì）磨減速器結構（gòu）複雜（zá）需要經常維護，維護成本（běn）費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行（háng）係統維護。直驅係統構成單元簡單，變（biàn）頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減（jiǎn）速器，無需額外進行維護，係統（tǒng）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（xì）統維護。　　(5）傳動（dòng）效率高,節能效果（guǒ）明（míng）顯　　綜（zōng）上采用直驅永磁電機取代（dài）傳（chuán）統驅動係統年節電量達（dá）181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優（yōu）勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一（yī）—贅（zhuì）述（shù）。　　2、永磁直驅立磨結構示意圖　　本新型立磨結構采用永磁（cí）直驅電（diàn）機驅動,提高（gāo）了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設（shè）計一種（zhǒng）雙向載荷扇形模塊機構替代大（dà）直徑軸承，方便加工、生產（chǎn）、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中（zhōng）具有很（hěn）強的實用型（xíng）。　　針對大（dà）、中、小型不同尺寸的立磨（mó），分別設計（jì）了三種立磨專用永磁電機，代（dài）替傳統的（de）減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均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）已申請專 利。