1、技术背景　　传统的球磨机、立磨机大都采用三相异步电动机、联轴（zhóu）器、减速装置以及齿轮结构进行驱动，导致球磨机的传动（dòng）系统（tǒng）存在机械传动链冗长、效率低、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制技术研究所与河南全新机（jī）电（diàn）设备有限公（gōng）司联合设计研发的球磨机、立磨（mó）机采（cǎi）用永磁直驱电机,通（tōng）过将电动机与机械结构进行机电一体化设计，取消动力传输的中间环节，做成直驱方案，能直接满（mǎn）足荷（hé）载的需求，省去传统磨机的减速机，显著提高了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（zhì）方面（miàn）,本产品电机定子采用了模块化设计，不仅降（jiàng）低了（le）加工、制造、运输（shū）等难度，还相当于把一个大功率电机做（zuò）成了多个小功率电机（jī）。模块化电机的控制技术可以实现降低（dī）大功率电机的输入电压，但是不增加电机的输入电流，电机不必采用高等级绝缘。模块化电机（jī）采用多（duō）台（tái）小功率变频器联合供电，这样设计降低了电机的供电电压和使用（yòng）的变频器容量，从（cóng）而降低成本。每个（gè）模（mó）块电机都具有一套（tào）独立的控制系（xì）统，大大提升（shēng）了电机（jī）控（kòng）制（zhì）的（de）自由（yóu）度，球磨机运行在轻载（zǎi）工况时，完全可以（yǐ）只运行部分模块电（diàn）机驱动球磨机。　　在结构方面，本产品电机的（de）定子采用了一种自主设计（jì）研发的随（suí）动式结构（gòu），将整圆（yuán）的（de）定子分成若干个相互存（cún）在间隙的小扇（shàn）形块，通过机械结构设计（jì），确定了一（yī）种无论球磨机转筒（tǒng）是否震动或偏心，定子块始终（zhōng）跟（gēn）随转筒运动从而保持定子（zǐ）与转子间隙恒定的结构。本（běn）产品通过机械结构设计保证定（dìng）子与转子间的间隙恒定，电机不（bú）会发生扫膛现象（xiàng），因此电机的气隙可以设计的比（bǐ）普通永磁直驱电机的（de）小（xiǎo）很多，从而大幅降低电机永磁体用量（liàng），降低生产成本，节约稀土资源，节能用电量。当模块发生故障时（shí），直接拆卸故障电机，更（gèng）换（huàn）新的模块电机即可正常运行。使用（yòng）本（běn）产品完全不会因电机发（fā）生故障而影响到生产工期。　　2、球磨机专用随动式永磁直驱电机概述　　本产品（pǐn）的随动式定子结构构成一种“小车结构”，滚筒就像公（gōng）路，定子（zǐ）块就像汽车。滚轮贴（tiē）合（hé）滚筒（tǒng）旋（xuán）转相当于（yú）汽车在公路行驶，公路的（de）起伏不（bú）影响车轮与地面（miàn）贴合，即滚筒偏心浮动不影响滚轮贴合滚筒，保证定子、转子（zǐ）间隙恒定（dìng），在球磨机因装配误差、轴承（chéng）磨损、滚筒形变、重载震（zhèn）动等原因造（zào）成电机偏心、气隙不均匀时，仍能正常运转，保证磨机始终运行在性能状态（tài），不必停机检修。同时电机定子与转子（zǐ）间的（de）间隙也可以做的更小，减（jiǎn）少永磁体用量，并且因为随动式结构，电机不会发生扫膛现象。　　本产品电机（jī）的定子为随动式结构,基于模块化永磁直驱电机，采用独立的扇形定子块结构，其随动原理是在定子块的轴向两侧安装滚轮且滚轮贴（tiē）合（hé）滚筒来确定定子（zǐ）与（yǔ）转子间的间隙，定子块（kuài）径向外侧设有与支撑（chēng）框架相连的弹性机构。弹性机构在球磨（mó）机滚筒不偏心时处于半压缩状态,如果球磨机滚筒向上波动，转筒会向上顶定子块（kuài）上安装（zhuāng）的（de）滚轮，进而带动（dòng）定子块向上移动，上方弹（dàn）性机构继（jì）续压缩;下方定子块在受到永磁体（tǐ）对其向上的（de）吸引力（lì）的同时，定子块上的弹性机构将（jiāng）其向上顶，保证下方定子块的滚轮依然贴合转筒外表面，使定子块跟随转筒波动而进行径向与圆周方向的移动，从而保证定子（zǐ）、转子之（zhī）间的间隙不变。球磨机滚筒（tǒng）向下复位或继续向下波动，则上方定子（zǐ）块在受到永磁体对其向下的吸引力的同时，弹性（xìng）机构将（jiāng）上方其向下（xià）压,下（xià）方定子块被转筒（tǒng）向下压。　　本（běn）产品弹性装置（zhì）的压力大小（xiǎo）可调（diào），对（duì）于不（bú）同位（wèi）置的定子块设置不（bú）同的压力,避（bì）免因弹性装置设置的压力过大造成滚轮或转筒磨损较快。　　本（běn）产品将永磁电机采用（yòng）模块（kuài）化（huà）控制，根据不同功率的电（diàn）机设计采用不同个数的随动式定子块构成一台模块（kuài）电机，一台整圆电（diàn）机由多台模块电机构成,多台模块电机共用同一个转子，模块电机包绕式安装（zhuāng）在球磨（mó）机滚筒上。相邻随动式定（dìng）子块间设（shè）有固定在支撑框架上的挡板来对（duì）定子块进行圆周方向的限位。球磨机滚筒的法兰处衔接T型支撑（chēng）板,用于支撑（chēng）安装电机转子铁心（xīn）及（jí）磁钢。　　本产品的随动式定子块安装拆卸（xiè）十分便捷（jié），只需要沿球磨机的径向（xiàng）依次拆卸（xiè）密封外壳、弹（dàn）性机构、弹性（xìng）机构与定子块之间的连接杆（gǎn）、弹（dàn）性机构支撑架，即可将（jiāng）定子块沿径向拉出（chū），进行检修或更换新的定子（zǐ）块。　　3、采用本产品（pǐn）代替传统磨机的电机（jī）驱动系统的优（yōu）点（diǎn）　　现阶段大多数的球磨机仍采用三相（xiàng）感应电动机（jī）、联轴器、减速装置以及齿轮结构进（jìn）行驱（qū）动。永磁同步电机与感应电机相比优势是它有较高的效率（lǜ）和功率（lǜ）因数，损耗大大（dà）降低，节约了能源。永磁电机通（tōng）过变频器进行调速，电机运行平稳，系统响应速度（dù）快，感应电机则（zé）起动相（xiàng）对（duì）困难。这些也是近（jìn）年来（lái）永磁电机应用越来越广（guǎng）泛的原因。　　采用永磁直（zhí）驱，取消了中间的（de）减速机、联轴器、及齿（chǐ）轮的传动环节，缩短（duǎn）系统的传动链，直驱系统的传动（dòng）效率将提升至少20%。球磨机直驱系统的传动效（xiào）率不仅得到大幅提升，而且直驱系统的故障率低，维护检修方便，还避免了传统设备（bèi）因漏油造成环境污染。　　由于本产品电机定子（zǐ）采（cǎi）用了模块化设计，不仅降（jiàng）低了加工，制造，运（yùn）输等难度，还相当于把一个大功率电机做成（chéng）了多个小功率电机。模（mó）块化电机的控（kòng）制技术可以实（shí）现降低大功率电机的输入电压，但是不增加电（diàn）机的输入电流，电机不必采用高等（děng）级（jí）绝缘，模（mó）块化电机采用多台小功率变（biàn）频器联合供电。这样设计降（jiàng）低了电机的供电电压和使用的变频器容量（liàng），从而降（jiàng）低成本。球磨（mó）机运（yùn）行在（zài）轻载（zǎi）工（gōng）况时,完全（quán）可以只运行部分模块电机驱动（dòng）球磨机。　　传（chuán）统电机故障时，会导致电机合成磁动势发生畸变，谐波含量增加，平均转矩下降，转矩波动（dòng）显（xiǎn）著增加，无法继续正常运（yùn）行。而本（běn）产品进行了模块化设计，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,可以利用其多电机结构（gòu）和控制灵活的优势，在发生故障时。可以直接拆（chāi）卸故障电机更换新的模块电机即可正常运行。模块化电（diàn）机具有（yǒu）冗余的模块数，也可切除故障子模块而控制其余正常子模块降额运行。使用本产品完全不会因电机发生故障而影响到生产工期。　　球磨（mó）机因加工误差、轴承磨损、滚筒形变或（huò）重载（zǎi）产生震动等因（yīn）素会发生转子偏心现象，偏心（xīn）严重时还（hái）会造（zào）成电机扫膛损坏电机（jī），实际生产中常常通过增加气隙（xì）大小来预（yù）防扫（sǎo）膛，而气隙增大会导致永磁体用量增加，提高（gāo）电机制造成本。随动式定子结构的模块（kuài）电机，能在转筒偏心（xīn）时保证定子与转子之间的间隙恒定，可将（jiāng）气隙做的更小，减少永（yǒng）磁体（tǐ）用量，电机不（bú）会发生扫膛现象，同时因为该随动式定子结构在偏心时能继（jì）续正常工作，检修次数更少（shǎo），工（gōng）作时间更长，大体积球（qiú）磨机检修复杂，降低检修次数就（jiù）是提高生产效率。　　4、随动式（shì）球磨机装配示意图　　二、永磁直驱立磨技术　　1、立（lì）磨直驱（qū）对比于（yú）传统（tǒng）感应电机的优（yōu）点( 1）变频调速控制，实现（xiàn）负载工况多样性　　传统立磨速度单一，工况（kuàng）适应（yīng）能力（lì）差。遇（yù）到突发事（shì）件，调整磨鞮高度来改变系统工作（zuò）环境，系统反应速度慢。永磁同步电机采用变频调速，适应工况能力强。遇到突发事件，除调整磨辗高度外，还增加了速度调节以快速适应系统工作环境，系统反应速度更快。　　(2）系统（tǒng）简单,可靠性高　　传统系统（tǒng）因三相感应电机无法在低速（sù）实现大转矩输出（chū），需要额（é）外的盘车系统满（mǎn）足立磨的低速起动。为保证在电（diàn）机（jī）起动过程不对电网造成过大的冲击（jī），需增加软起动装（zhuāng）置。三相感应电机起动后，通过减速器满足系统转矩（jǔ）需要，整个系统构成复杂，系统运（yùn）行的辅助设备很多。直（zhí）驱系统由变频控制系统控制永磁同步电机起动，转矩特性满足需（xū）要，无需盘车系统和减（jiǎn）速器，辅助（zhù）系统少，结构简单。　　(3）变频器软起动，起动过程随意设定　　传（chuán）统系统先由低速盘车系统起动（dòng），待三相感应电机达到起动条件后，软起动装置起动三相感应电机，系统运行。系统控制复杂（zá），低速无法实现过载输出。在（zài）低速（sù）过（guò）程需要盘车系统，将转速提高到三相感应电机起（qǐ）动条件。直驱系统直接变频低（dī）速（sù）起动，系统直接运行，系统控制简单。变频控制起动过程可根据实际工（gōng）况进行调整，以满足各种工况的需求。低速可过载输出，满足起动需要，取代盘（pán）车（chē）系统。　　(4）无减速器，维护成本更低,维护次数少　　系统各构成单元均（jun1）需要时（shí）常检查和定期维护（hù），传统系统构成单元多。同时立磨减速器（qì）结构复杂需要经（jīng）常维护，维护（hù）成本费用高。同时系统无法实现在低速运（yùn）行的情况下进行系统维护。直驱系统构成单元（yuán）简单，变频器控制永磁同步电机直接驱动，控制方（fāng）便。系统内无减速器，无需额外进行维护，系统维护成本低。同时，系统可实（shí）现在电机（jī）低速运行情况下进行系统维护。　　(5）传动效率高,节能效果（guǒ）明显　　综上采用直驱永磁电（diàn）机取代传统驱动系统年节电量达181万（wàn）元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鲲磨（mó）机直驱系统的优势与球磨机直驱系统相同，这里不再一—赘述。　　2、永磁直驱立磨结构示意图　　本新型立磨结构采用永磁直驱电机驱动,提（tí）高了立磨效率。在（zài）立磨扶正轴承与压力轴承上进行突破，通过设（shè）计一种双向载荷扇形模块机构替代大直径轴承（chéng），方便加工、生产、运输、装（zhuāng）配、维修，并（bìng）降低成（chéng）本,在工程（chéng）实际中具有很强的实用型。　　针对大、中、小型不同尺寸的立磨，分别设计了三种立磨专用永磁电机，代替传统的（de）减速机与三相异步电动（dòng）机，永磁直驱电机具有双向载荷机构与不同的放置位置，均能达（dá）到扶（fú）正与承压的（de）作用，并且方便（biàn）制（zhì）造、装配维护（hù），节省成本。均已申请（qǐng）专 利。