1、技术背景　　传统的球磨机、立磨机（jī）大都采用三相异步电动机、联轴器、减速（sù）装置以及齿轮结构进行驱动（dòng），导致球磨机的传动系统存在机械传动链冗长、效率低（dī）、机构复杂、运行维护工作量大等问题。　　沈阳工业大学电机与控（kòng）制技（jì）术（shù）研究所与河南日本一二三区视频在线（xīn）机电设备有限公（gōng）司联合设计研发的球磨机、立磨机采用永磁直驱电（diàn）机,通过将电（diàn）动机（jī）与机械结构进（jìn）行机（jī）电一体化设计，取消（xiāo）动力传输的中间环节，做成直驱方（fāng）案，能直接满足荷载的需求，省去传统磨机的减速机，显著提高了（le）电机的效率与功率因数，具有节能、起动转矩大、过载能力强、系统免维护、自动化程度高等优点。　　在控制方面,本产品电机定子采用了模块化设（shè）计，不（bú）仅降（jiàng）低（dī）了加工、制造、运输等难度（dù），还相当（dāng）于把一个大功率电（diàn）机做成了多个（gè）小功率（lǜ）电机（jī）。模块（kuài）化电机的控制技术可（kě）以实现降（jiàng）低（dī）大（dà）功率电机的输入电压，但是不增加电机（jī）的输入电流，电机（jī）不（bú）必采（cǎi）用高等级绝缘。模块化电机采用多台小功率变（biàn）频器联合供电（diàn），这样设计降低了电机的供电电压和使用的变频器容量，从而降低成本。每个模块电机都具有一套独立的控制系统，大大提升了电机控制的自由度，球磨（mó）机运行在轻载工况时，完全可以只运行部分模块电机驱动球磨（mó）机（jī）。　　在结构方面，本产品电机的定子采用了一种（zhǒng）自主设计研发的随动式结构，将整圆的定子分成若（ruò）干个相互存在间（jiān）隙的小扇形块，通（tōng）过机（jī）械结构设（shè）计，确定了（le）一种无论球磨机转筒是否震动或偏心，定子块始终跟随转筒运动从而保持定子与转子（zǐ）间隙（xì）恒（héng）定的结（jié）构。本产（chǎn）品通过机械结构设计（jì）保证定子与转子间的间隙恒定，电机不会发生扫膛现象，因此电机的气隙可以设计（jì）的比普通永磁直驱电机的小很多，从（cóng）而（ér）大（dà）幅降低电机永磁体用（yòng）量，降低生产成本，节约稀土资源，节能用电量。当（dāng）模块发生故障时，直接（jiē）拆卸故障电机，更换新（xīn）的模块电（diàn）机即可正常（cháng）运行（háng）。使用本产品完全不会（huì）因电机发（fā）生故障而影响到生（shēng）产工期。　　2、球磨机专用随动式（shì）永磁直驱电机概述　　本产品的随动式定（dìng）子结构构成一种“小车（chē）结构”，滚筒就像公路，定子块就像汽车。滚轮贴合滚筒旋转相（xiàng）当于（yú）汽车在公（gōng）路行（háng）驶，公路的起伏不影响车轮与地面贴合，即滚筒偏心浮（fú）动不（bú）影响滚轮贴合滚（gǔn）筒，保证定子、转子（zǐ）间隙恒（héng）定，在球磨机因装配误差、轴承磨损、滚筒形变、重载震动等原因造成（chéng）电（diàn）机偏（piān）心、气隙不均匀时，仍能正常运转，保证（zhèng）磨（mó）机始终运行在（zài）性（xìng）能状（zhuàng）态，不必停机检修。同时电机定子与转子间的（de）间隙也可以做的更小（xiǎo），减少永磁体用量（liàng），并且因为随动式结构，电机不会发生扫膛现象。　　本产品电机的（de）定子为随动式结构,基于模块化永磁直驱电机（jī），采用独立的扇形定子块结构，其随动原理是在定子块（kuài）的（de）轴向两侧安装滚轮且滚轮贴合滚筒来确定定子与转子间的间隙，定子块径向外侧设有与支（zhī）撑框架（jià）相连的弹性（xìng）机构（gòu）。弹性机构在球磨（mó）机滚筒不偏心时处于半（bàn）压（yā）缩状态,如果球磨机滚筒向上波动，转筒会向上顶定（dìng）子块上安装的滚轮（lún），进而带动定子块向（xiàng）上移动，上（shàng）方弹性机构继续压缩;下方定子块在受（shòu）到永磁（cí）体对其向上的吸引力的同时，定子块上的弹性机构将其向上顶，保证下（xià）方定（dìng）子块的（de）滚轮依（yī）然贴合转筒外表面，使定（dìng）子块（kuài）跟随（suí）转筒波动而进行径向与圆周方向的移动，从（cóng）而保证（zhèng）定子、转子之间的间隙不变（biàn）。球磨机滚筒（tǒng）向下复位或继续（xù）向下波动，则上方定子块（kuài）在（zài）受到永磁体对其向下的吸引力的同时，弹性机构将上方其向下压,下方定子块被转筒向下压。　　本产品弹性装置的压力大小可调，对（duì）于不同位置的定子块设置不（bú）同的压（yā）力,避免因弹性装置设置的压（yā）力过大造成滚轮或转筒磨损较快。　　本产品将永磁电机采用模块化控制，根据不同功率的电机设计采（cǎi）用（yòng）不同个数的随动式定子块构成一台模（mó）块电机，一台整圆电机由多台模块电（diàn）机构成,多台模块电机（jī）共用同一个转子，模块电机包绕式安装在球磨机滚筒上。相邻随动式定子块间（jiān）设有固定在支撑框架上的挡板来对定子块进行圆周方向的限位。球磨（mó）机（jī）滚筒的法兰处衔接T型支撑板,用于（yú）支撑（chēng）安装电机转子铁（tiě）心及磁钢。　　本产（chǎn）品的（de）随动式定子（zǐ）块安装拆卸十分便捷（jié），只（zhī）需要沿球磨（mó）机的（de）径向（xiàng）依次拆卸密封外壳、弹性机构、弹性（xìng）机构（gòu）与定（dìng）子块（kuài）之间的（de）连（lián）接杆、弹性机（jī）构支撑架，即可将定子块沿径（jìng）向拉（lā）出，进行检修或更换新的（de）定子块。　　3、采用本产品代替传（chuán）统磨机的电机驱动系统（tǒng）的优点　　现阶段大多数的球磨机仍采用三相感应电动机、联轴器、减速（sù）装置以及齿轮结（jié）构进行驱动（dòng）。永磁同步电机与感应（yīng）电机相比优势是它有较高的效率（lǜ）和功率因数，损耗大大降低，节约了能源（yuán）。永磁电机通过变频器进（jìn）行调速，电机运行平稳，系统响应速度快，感（gǎn）应电机则起动相（xiàng）对困难。这些也是近年来永（yǒng）磁电机应用越来越（yuè）广（guǎng）泛的原（yuán）因。　　采用永磁直驱，取消了中间的（de）减速机、联轴器、及齿轮的传动环节，缩短系统的传动链，直驱系统的传动效率将提升至少20%。球磨（mó）机直（zhí）驱系统的传动效率（lǜ）不仅得到大幅提升，而且直驱系统的故（gù）障率低，维护检修方便，还（hái）避免了传统（tǒng）设备因漏油造成环境污染（rǎn）。　　由于本产品电机（jī）定子采用了模块化（huà）设计，不仅降低了加工，制造，运输等难度，还相当于（yú）把一个大功率电机做成了多个小功率电（diàn）机。模块（kuài）化电机的（de）控制技术（shù）可以实（shí）现降低大功率电机的输入电压，但是不增加电机的输入电流，电机不（bú）必采用高等级绝缘，模块化电机采（cǎi）用多台小功率变频器（qì）联合供电。这样设计降低了电机的供（gòng）电电压和使用的变频器容量，从而降低成本。球磨机运（yùn）行在轻（qīng）载工况时（shí）,完全可以（yǐ）只运行（háng）部分模（mó）块电机驱动球磨机。　　传（chuán）统电机故障时，会导致电机合成（chéng）磁动势发生畸变（biàn），谐波含（hán）量增加，平均转矩下降，转矩波动显著增加，无法（fǎ）继续正常运行。而本产品进行了模块化设计，每个模块（kuài）电机都具有一套（tào）独立（lì）的控制系统，大大提升了电机控（kòng）制（zhì）的自（zì）由度,可以利用其多电机结构和（hé）控制灵活的优（yōu）势，在发生故障时。可以直接拆卸故障电机（jī）更换新（xīn）的模块电机即可正常运行。模块化电机（jī）具有冗余的模块（kuài）数，也可切除故障子模块而控制（zhì）其余正常子模块降额（é）运（yùn）行。使用本产品完全不会因电机发生故障（zhàng）而影响到生产（chǎn）工期。　　球磨机因（yīn）加（jiā）工误（wù）差、轴承磨损、滚（gǔn）筒形变或重载产生震动等因素会发生转子偏心现象，偏心严重时还会造成电机（jī）扫膛损坏电机，实际生产中（zhōng）常常（cháng）通过增（zēng）加气隙大（dà）小来预防扫膛，而气隙增大会导致永（yǒng）磁体用量增加，提高电机制（zhì）造成本。随动式定子结构的模块电机，能在转筒偏心时保证定子与转子（zǐ）之（zhī）间的间隙恒定，可将气隙做的更小（xiǎo），减少永磁体用量，电机不会发生扫膛现象，同时因为该随动（dòng）式定子结构在偏心时能继续正（zhèng）常工（gōng）作，检修（xiū）次数更少，工（gōng）作（zuò）时间更长，大（dà）体积球磨机检修复杂，降低检修次数就是提高生产效率。　　4、随动式（shì）球磨机装配示意图　　二、永磁直驱立磨技（jì）术（shù）　　1、立磨直驱对比于（yú）传统感应电机（jī）的优点( 1）变频调（diào）速控制，实现负载工况多样性　　传统（tǒng）立磨速度单一，工况适（shì）应（yīng）能力差。遇到突发事件，调（diào）整磨鞮高度来改变系（xì）统工作环境，系统（tǒng）反应速度（dù）慢。永磁同步电机采用变频调速，适应工况能力强。遇到突发（fā）事件，除调整磨辗高度外，还增加了速度调节以（yǐ）快速适应系统工作环境，系统反应速度更快。　　(2）系统简单,可（kě）靠性高　　传统系统因三（sān）相感应电机无法在低速实现大转矩输出，需要额（é）外的盘车系统满足立磨的低速起动。为（wéi）保证在电机起动过程不对电（diàn）网造成（chéng）过大的冲击，需增加软起动装置。三相感应电机起动（dòng）后，通过减速器满足系统转矩需要，整个系统构成复杂，系统运（yùn）行的（de）辅助设备很多。直驱系统由变频控制系统控制永磁（cí）同步电机起（qǐ）动，转矩（jǔ）特性满足需要，无需盘车系统和减速器，辅助系统少，结构简单。　　(3）变频器软（ruǎn）起动（dòng），起（qǐ）动过（guò）程随（suí）意设（shè）定　　传统系统先由低速盘车系统起（qǐ）动，待三相感应电机（jī）达到起动条件后，软起动装置起动三相感应电机，系统运行。系统控制复杂，低（dī）速无法实现过载输出。在低速过程（chéng）需要盘（pán）车系统，将转速提高到三相（xiàng）感应电（diàn）机起动条件。直驱系统直接变频低速起动，系统直接运行，系（xì）统控制简单。变频（pín）控制起动过程（chéng）可根据实际工况进行调整，以满足各种工况的（de）需求。低（dī）速可过载输出，满足起动需要，取代盘车系统。　　(4）无减速器，维护成本更低（dī）,维护次数（shù）少（shǎo）　　系（xì）统各构成单元均需要（yào）时常检查和定期维护，传统系统构（gòu）成单元多。同时立磨减速器结构复（fù）杂需（xū）要（yào）经常维护，维护成本费用高。同时系统无法实现在低速运行的情况下进行系统维护。直驱系统构成单元（yuán）简单，变频器（qì）控制永磁同步电机直接驱（qū）动，控制方便。系统内无减速器，无需额外（wài）进行维护，系统维护成本低（dī）。同时，系统可实现在电（diàn）机低（dī）速运行情（qíng）况下进行系统维护。　　(5）传（chuán）动效率高,节（jiē）能效果明显　　综上采用（yòng）直驱永磁电机取代传统驱动系统年节电量达181万元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鲲磨机直驱系统的优势与球磨机直驱系统相同，这里不再（zài）一—赘述。　　2、永磁（cí）直（zhí）驱立磨结构示意图　　本新型立磨结构采用永磁（cí）直（zhí）驱电机驱动,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正轴承与压力轴承上进行突破，通过设计一种双向载荷扇形模块机（jī）构替代大直（zhí）径轴承，方便加工、生产、运输、装配、维修（xiū），并降（jiàng）低成本,在工程实际（jì）中具有很强的实用型。　　针对大、中、小型不同尺寸的立磨（mó），分别设计了三种立磨专用永磁电机，代替传统的减速机与三相异步电动（dòng）机（jī），永磁直驱电机具有双向载荷机构与不（bú）同（tóng）的放置位置（zhì），均能达到扶正与承压的（de）作用，并且方（fāng）便制造、装（zhuāng）配维护，节省成本。均已申请（qǐng）专 利。