1、技術背景
傳統的球（qiú）磨機、立磨機（jī）大（dà）都采用三相異步電（diàn）動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進（jìn）行驅動，導致球（qiú）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（háng）維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電（diàn）機與控製技（jì）術研究所與河南全（quán）新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（tōng）過將電動機（jī）與機械結構進（jìn）行機電（diàn）一體化設計，取消動力傳（chuán）輸的中間（jiān）環節（jiē），做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係（xì）統免維護、自動化程度高等優（yōu）點。
在控製（zhì）方（fāng）麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，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（xiǎo）功率電機。模塊化電機的（de）控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的輸入電流，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（diàn），這樣設（shè）計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低（dī）成本。每（měi）個模塊電機都具有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（zài）輕載工況時，完（wán）全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動球磨機。
在結構方麵（miàn），本產品電機的定子采用了一種（zhǒng）自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（xiǎo）扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震（zhèn）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子（zǐ）間隙恒定的（de）結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間（jiān）的間隙恒定，電機不會發（fā）生掃膛現象，因此電機（jī）的氣隙（xì）可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本（běn），節約稀土資源，節能用電量。當模塊（kuài）發生故障（zhàng）時（shí），直接（jiē）拆（chāi）卸故障電機，更換新的模塊電機即（jí）可正常運行。使（shǐ）用本產品完全不會（huì）因電機發生故（gù）障而影響到生產工期。
2、球磨機（jī）專用隨動式（shì）永磁（cí）直驅電機概述
本（běn）產品的隨動式定（dìng）子結構構成一種“小車結（jié）構”，滾（gǔn）筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車（chē）在公路行駛，公路的起伏不影（yǐng）響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾（gǔn）輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因（yīn）裝配誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因（yīn）造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，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的更小，減少永磁體用量，並且因為（wéi）隨動式結構，電機不會發生掃膛現（xiàn）象。
本（běn）產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化（huà）永磁直驅電機，采用獨立（lì）的扇（shàn）形定子塊結構，其隨（suí）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（lái）確定定子與（yǔ）轉子間的（de）間隙（xì），定子塊徑（jìng）向外側設有與支撐框架相連的彈（dàn）性機構。彈性機構在（zài）球磨機滾筒（tǒng）不（bú）偏心時（shí）處於半壓（yā）縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向（xiàng）上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下（xià）方定子（zǐ）塊在受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將其向上頂，保證下方定子塊（kuài）的滾（gǔn）輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進（jìn）行徑向與圓周方向（xiàng）的移動，從而（ér）保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒（tǒng）向（xiàng）下複位或繼（jì）續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸（xī）引力的（de）同時，彈性機構將上方其向下（xià）壓,下方定子（zǐ）塊被轉筒（tǒng）向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過（guò）大造成滾（gǔn）輪或轉筒磨損較快。
本產品將永（yǒng）磁電機采用模（mó）塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成（chéng）一台模塊電機（jī），一台整圓電機由多台模塊電機（jī）構成,多台模（mó）塊電機（jī）共用同一個轉子，模塊（kuài）電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相（xiàng）鄰（lín）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塊進行圓周（zhōu）方向的限位。球磨（mó）機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝（zhuāng）電機轉（zhuǎn）子鐵心及磁鋼。
本（běn）產品的隨動式定子塊安裝拆卸十（shí）分便捷，隻需（xū）要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外（wài）殼、彈性機（jī）構、彈性機構與（yǔ）定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐（chēng）架，即（jí）可將定（dìng）子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替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機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電（diàn）機與感應電機相（xiàng）比優勢是它有較高的效（xiào）率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通（tōng）過變（biàn）頻（pín）器進行調速，電機運行平穩（wěn），係統響應速度快（kuài），感應電機則起（qǐ）動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越（yuè）廣泛（fàn）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（huán）節，縮短（duǎn）係統（tǒng）的傳動鏈，直驅係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得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維（wéi）護檢（jiǎn）修方便，還避免了傳統設備因（yīn）漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子（zǐ）采用了模塊（kuài）化（huà）設計，不僅（jǐn）降低（dī）了加工，製造（zào），運輸等難度，還相（xiàng）當於把一（yī）個大功率電機做（zuò）成了多個小功率電（diàn）機。模塊化電機的控製技（jì）術可以實現降低大功率電機的輸（shū）入（rù）電壓，但是不增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必（bì）采用高等級（jí）絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這（zhè）樣設計降低了電機的供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運（yùn）行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會（huì）導致電（diàn）機合成磁動勢發生（shēng）畸變，諧（xié）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。而本產品進行了模塊化設（shè）計，每（měi）個模（mó）塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電（diàn）機結構和控製靈（líng）活的優勢，在發（fā）生故障時。可以直接拆卸故障（zhàng）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的（de）模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行（háng）。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損（sǔn）、滾（gǔn）筒形變或重載（zǎi）產生（shēng）震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成（chéng）電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加（jiā）氣隙大小來預防掃膛，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的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量（liàng），電機不會發生掃膛現象，同時因為該（gāi）隨（suí）動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更（gèng）長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨（mó）機裝配示意圖
二、永（yǒng）磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對（duì）比於傳統感應電機的優點( 1）變頻（pín）調速控（kòng）製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力（lì）差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度（dù）慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到（dào）突（tū）發事件，除調整磨輾高度（dù）外，還增加了速度調節以快速（sù）適應係統（tǒng）工作（zuò）環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳（chuán）統係統因三相感應電機（jī）無（wú）法在低速實現大轉矩輸出，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網造成（chéng）過大的衝擊，需增（zēng）加軟起動裝置。三相感應電機（jī）起動後，通過（guò）減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的（de）輔（fǔ）助設備很多。直驅係（xì）統由變頻控（kòng）製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需（xū）要，無需盤車（chē）係統和減速器，輔助係統少，結構簡單（dān）。
(3）變（biàn）頻器軟（ruǎn）起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係（xì）統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起（qǐ）動裝（zhuāng）置起動三相（xiàng）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（guò）程（chéng）需要盤車係統，將轉速（sù）提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻（pín）低速起動，係（xì）統直接運行，係統控製簡單。變頻（pín）控製起動（dòng）過程可（kě）根據實際工況進行調整，以滿（mǎn）足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿（mǎn）足起（qǐ）動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低（dī）,維護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查（chá）和定期（qī）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維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在（zài）低速運行的情況下進行係統維護。直驅係（xì）統構成單元簡單，變頻（pín）器控製永磁同步電機直接驅（qū）動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率（lǜ）高（gāo）,節能效果明顯
綜上采（cǎi）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（xiàng）同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構（gòu）采用（yòng）永磁直（zhí）驅（qū）電機驅動,提（tí）高了立（lì）磨效率（lǜ）。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊（kuài）機構（gòu）替代大直徑軸承，方（fāng）便加工（gōng）、生產、運（yùn）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、小型不同（tóng）尺（chǐ）寸的立磨，分（fèn）別設計了三種立磨專用（yòng）永磁電機（jī），代替傳統的（de）減速機與三相異步電動（dòng）機，永（yǒng）磁（cí）直驅電機（jī）具有雙向載（zǎi）荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作（zuò）用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利（lì）。
永磁直驅礦用球（qiú）磨機（jī） 
