1、技術背景
傳統的球磨機（jī）、立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（dòng），導致球磨機的（de）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（xué）電機與控製技術研究所與河南全（quán）新（xīn）機電（diàn）設備（bèi）有限公（gōng）司聯合（hé）設計研發的（de）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（jìn）行機電一體化設計，取（qǔ）消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能（néng）直接滿足荷載的需求，省（shěng）去傳統磨機的減速機，顯著提高（gāo）了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力（lì）強（qiáng）、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控（kòng）製方麵,本產品電機定子采用了（le）模塊化設計，不僅降（jiàng）低（dī）了（le）加工、製造、運輸等難度，還相當於把（bǎ）一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術（shù）可以實現降低大功（gōng）率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用（yòng）高等級絕緣（yuán）。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計（jì）降低了電機的供（gòng）電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具有（yǒu）一套獨立的控製係統，大（dà）大提升了電機控製的自由度，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（mó）機。
在結構方麵，本產品（pǐn）電機的定子采用了一種自主（zhǔ）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（jiān）隙的小（xiǎo）扇形（xíng）塊（kuài），通（tōng）過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從（cóng）而（ér）保持（chí）定子與轉子間隙恒定的結構。本產（chǎn）品（pǐn）通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機（jī）不會發生掃膛現象，因（yīn）此電機（jī）的氣隙可以設計的比（bǐ）普通（tōng）永磁直驅電機的小很（hěn）多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源（yuán），節能用（yòng）電量（liàng）。當（dāng）模（mó）塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機（jī）即可（kě）正常運行。使用本產品完全不會因（yīn）電機發生故障而影（yǐng）響到生產（chǎn）工期。
2、球磨機專用隨（suí）動式永磁直驅電機概述
本產品（pǐn）的隨動式定子結構構成一種“小車結（jié）構”，滾筒就（jiù）像公路，定子塊就（jiù）像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路（lù）的起伏不（bú）影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪（lún）貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝（zhuāng）配誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變、重載震動（dòng）等原因造成電（diàn）機偏心、氣隙不（bú）均（jun1）勻時，仍能（néng）正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做（zuò）的更小，減（jiǎn）少永磁體用（yòng）量（liàng），並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象（xiàng）。
本產品電（diàn）機的定子為隨動式結（jié）構,基於模塊化永磁（cí）直（zhí）驅電機，采（cǎi）用獨（dú）立（lì）的扇形定子塊結構，其（qí）隨動原理是在（zài）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，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性（xìng）機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏（piān）心時處於半壓縮狀態（tài）,如果球磨機滾筒向上波動，轉（zhuǎn）筒會向上頂定子塊上安裝（zhuāng）的滾輪，進而（ér）帶動定子塊向上移動（dòng），上方彈性機構繼續壓（yā）縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性（xìng）機構將其向上頂，保證下方（fāng）定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進（jìn）行徑向與（yǔ）圓周方（fāng）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續向下波動，則（zé）上（shàng）方定（dìng）子塊在受到永磁體對（duì）其向下的吸引力的同時，彈性（xìng）機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小（xiǎo）可調，對於不同位（wèi）置（zhì）的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝（zhuāng）置設（shè）置的壓力過大造成滾（gǔn）輪或轉筒（tǒng）磨損較快。
本（běn）產品將永磁（cí）電機采用模塊化控製，根（gēn）據不同（tóng）功率的電機設（shè）計采用不同個數的隨動（dòng）式定子塊構成一台（tái）模（mó）塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構（gòu）成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的（de）擋板來對定子塊（kuài）進行圓周方向的限位。球磨（mó）機滾（gǔn）筒（tǒng）的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
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（cì）拆卸（xiè）密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之（zhī）間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊（kuài）沿徑向拉出，進行（háng）檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替（tì）傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動（dòng）機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以及齒輪（lún）結構進行驅動。永磁同步電機與感應（yīng）電機相比優勢是它有（yǒu）較高的效率和功率因數，損耗（hào）大大降（jiàng）低，節約了能源。永磁電機通（tōng）過變頻器進行（háng）調速，電機運行（háng）平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相（xiàng）對（duì）困難。這（zhè）些也是（shì）近年來（lái）永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統（tǒng）的傳動鏈，直驅（qū）係（xì）統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅（jǐn）得（dé）到（dào）大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染（rǎn）。
由於（yú）本產品電機定子采用了模塊化設計（jì），不僅降低了加工，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（diàn）機的控製技術可以實（shí）現降低大功率電機的（de）輸入電壓，但是不增加電機（jī）的（de）輸入電流，電機不（bú）必采（cǎi）用高等級絕緣，模（mó）塊化電機采用多台小（xiǎo）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（pín）器容（róng）量，從而降低（dī）成本。球磨機運（yùn）行在輕載工況時,完全（quán）可以隻運行部分模塊電機驅動（dòng）球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了（le）模塊化設計，每個模塊（kuài）電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控（kòng）製的自由度,可以利用（yòng）其多電機結構（gòu）和控製靈活的優（yōu）勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘（yú）的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其（qí）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到生（shēng）產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或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掃膛損壞電（diàn）機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃（sǎo）膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結（jié）構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間（jiān）的間（jiān）隙恒定，可將（jiāng）氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定（dìng）子結構在偏心（xīn）時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間（jiān）更長，大體積球磨機檢修（xiū）複雜，降（jiàng）低檢（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、永磁直驅立磨技術（shù）
1、立（lì）磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製（zhì），實現負載（zǎi）工況多樣性
傳統立磨速度單一，工（gōng）況適應能力差。遇到突（tū）發事件，調整磨鞮高度來（lái）改變係統工作（zuò）環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采（cǎi）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，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性（xìng）高
傳（chuán）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（é）外的（de）盤車係統（tǒng）滿足立磨的（de）低速起動（dòng）。為（wéi）保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊（jī），需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，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。直驅係統由變頻控製係統（tǒng）控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動（dòng），起動過程隨意設定
傳統（tǒng）係（xì）統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要（yào）盤車係統，將轉速提高到三（sān）相感應電機起動條件。直驅係（xì）統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據（jù）實際工況進行調整，以（yǐ）滿（mǎn）足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足（zú）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（yào）時常檢查（chá）和定期（qī）維護，傳統係統構成單元多。同時（shí）立磨減速器結構複雜需要經常維護（hù），維護成本（běn）費用高。同時係統無法實現在低速運行的情（qíng）況下進行係統維護。直（zhí）驅係統構成單元簡單，變（biàn）頻器控製永磁同步電（diàn）機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護（hù）成本低（dī）。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行（háng）係（xì）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驅動係統年節電量達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（tóng），這裏不再一—贅述（shù）。
2、永磁直驅立磨結（jié）構示意圖
本（běn）新型立（lì）磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上（shàng）進行（háng）突破，通過設計一種雙向載荷（hé）扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型（xíng）不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨（mó）專用永磁（cí）電機，代替傳統（tǒng）的減速（sù）機與（yǔ）三相異步電動機，永磁直（zhí）驅電機具有雙向載荷機構與不（bú）同的放（fàng）置位（wèi）置，均能達到扶正與承（chéng）壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
