1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電（diàn）動機、聯軸（zhóu）器（qì）、減速裝置以（yǐ）及齒輪結構進（jìn）行（háng）驅動，導致球磨機的傳動（dòng）係統存（cún）在機械傳動（dòng）鏈冗長、效率低（dī）、機構複雜、運行維護工作量大等（děng）問題。
沈（shěn）陽工業大學電機與控製技術（shù）研究（jiū）所（suǒ）與河南91视频网機電設備有限公司聯合設計研發的球磨（mó）機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的（de）減速（sù）機，顯著提高了（le）電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護（hù）、自動化程度高等（děng）優點（diǎn）。
在控製方麵,本產品電機定子采用了（le）模塊化設計，不僅降低（dī）了加工、製造、運輸等難度，還相當於把一個（gè）大功率電機做成了（le）多個小功率（lǜ）電機。模塊化電機（jī）的控製技術可以實現降低大功率電機的（de）輸入電壓，但是（shì）不增加電機的（de）輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化（huà）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（biàn）頻（pín）器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製係統，大大提升了電機控製（zhì）的自由（yóu）度，球磨機運行（háng）在輕載工況（kuàng）時，完全（quán）可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方（fāng）麵，本產品電機的定（dìng）子采用了一種自主設計研發的隨（suí）動（dòng）式結構，將整圓的定子分成若幹個相互（hù）存（cún）在間隙的小扇形塊，通（tōng）過機（jī）械結構（gòu）設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動（dòng）或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉（zhuǎn）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（jiān）的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降（jiàng）低電機永磁（cí）體用量，降（jiàng）低生產成本，節約稀土資源，節（jiē）能用電量。當模（mó）塊發生（shēng）故障時（shí），直接拆卸故障電機，更換新（xīn）的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全（quán）不（bú）會因電機發生故（gù）障而（ér）影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁（cí）直驅電機概（gài）述
本產（chǎn）品的隨動式定子結構構成一種“小車結（jié）構”，滾筒就像公路，定（dìng）子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相（xiàng）當於（yú）汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪（lún）與地麵貼合，即滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機（jī）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（bì）停機檢修。同時電機定子與（yǔ）轉子間的間隙也可以做的更小，減少（shǎo）永磁（cí）體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電（diàn）機的定子為隨動式結構,基於模（mó）塊化永磁直（zhí）驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其（qí）隨動原理是在定子塊的軸（zhóu）向兩側安裝滾輪（lún）且滾輪貼合滾筒來確定（dìng）定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架（jià）相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於（yú）半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉（zhuǎn）筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動（dòng）定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定（dìng）子塊在受到永磁體對其向上的吸引力（lì）的同時，定（dìng）子（zǐ）塊（kuài）上的彈性機構將其向（xiàng）上頂（dǐng），保證（zhèng）下方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行徑向與圓周方向的移動，從而保證定（dìng）子（zǐ）、轉子之間的間隙不變。球磨（mó）機滾（gǔn）筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈（dàn）性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本（běn）產品彈性裝置（zhì）的壓力（lì）大小可調，對於不同位置的定子塊設（shè）置（zhì）不同的壓力,避免（miǎn）因彈性裝置設置（zhì）的壓（yā）力過大（dà）造成滾輪或轉筒磨（mó）損較快。
本產品將（jiāng）永磁電機采用模塊化控製，根據不（bú）同功率（lǜ）的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊（kuài）構成一台模塊電機（jī），一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機（jī）共用同一個轉（zhuǎn）子，模（mó）塊電機包繞式安裝在球磨機（jī）滾筒上。相鄰隨動式定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方向的限位（wèi）。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵（tiě）心及（jí）磁（cí）鋼。
本產品的隨動式定子塊安（ān）裝拆卸十分便捷，隻（zhī）需要沿球（qiú）磨（mó）機的徑向依次拆卸密封外（wài）殼、彈性機構、彈性機構與定子塊（kuài）之（zhī）間的（de）連接杆、彈性機構支撐架，即可（kě）將定子塊沿徑向拉出，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（yōu）點
現階段（duàn）大多數的球磨機仍采用（yòng）三相感（gǎn）應電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅（qū）動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損（sǔn）耗大（dà）大降（jiàng）低，節約了能源。永磁電機通過變頻（pín）器進行調（diào）速，電機運行平穩，係統響應速度快（kuài），感應電機則起動相對困難。這些也是（shì）近年來永磁電機（jī）應用越來（lái）越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間（jiān）的（de）減速機、聯軸器、及齒輪的（de）傳動（dòng）環節，縮短（duǎn）係統（tǒng）的傳動鏈，直驅係統的傳（chuán）動效率將提（tí）升至少20%。球（qiú）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（de）故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統（tǒng）設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電（diàn）機定子采用了模塊（kuài）化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難（nán）度（dù），還相當於把一個大功（gōng）率電機做成（chéng）了多個小功（gōng）率電機。模塊化電機的控製技術可以（yǐ）實現降低大功率電機的輸入（rù）電壓，但（dàn）是不增加電機（jī）的（de）輸入電（diàn）流，電（diàn）機不必采用高等級絕緣，模塊化（huà）電機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機（jī）的供電（diàn）電壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成本。球磨（mó）機運行在輕載工況時,完（wán）全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機（jī）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（jiàng），轉矩（jǔ）波動顯著增加，無法繼續（xù）正常運行。而本產品進行了模塊化設計（jì），每個模塊電機（jī）都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）機控（kòng）製的自由度,可以利用其（qí）多（duō）電機（jī）結構和控製靈活（huó）的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的（de）模塊電機即可（kě）正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘（yú）正（zhèng）常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障（zhàng）而影響到生產工期（qī）。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變（biàn）或重載產生震動等因素（sù）會發生轉子偏心現象，偏心嚴重（chóng）時還會造成電機（jī）掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛（táng），而氣（qì）隙增大會（huì）導致永（yǒng）磁（cí）體用量增加，提高電機（jī）製造成本。隨動式定子結（jié）構（gòu）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（yǒng）磁體用量，電機不（bú）會發生掃膛現象，同時因為該隨動式（shì）定子結（jié）構在偏心時能繼續正常工作，檢修（xiū）次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提（tí）高生產效率。
4、隨（suí）動式球磨機裝配示意圖
二（èr）、永磁直（zhí）驅立磨技術
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，實現負載工況多樣（yàng）性
傳統立磨速度（dù）單一（yī），工況適應能（néng）力差。遇（yù）到突發事件，調整（zhěng）磨鞮高度來改變（biàn）係統工作環境，係統反應（yīng）速度慢。永磁同步電機采用變（biàn）頻調速，適應工況能力強。遇到（dào）突發事件，除調（diào）整磨輾高度外，還增（zēng）加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統反（fǎn）應速度更快。
(2）係（xì）統簡單,可靠（kào）性高
傳統（tǒng）係統因三相感（gǎn）應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係（xì）統滿足立磨的低速起動。為保證在電機（jī）起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三（sān）相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉（zhuǎn）矩需要，整個係統構成複雜（zá），係統（tǒng）運行的輔助設備很多（duō）。直驅係統由變頻（pín）控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特（tè）性滿足需要，無需盤車係（xì）統和減速器，輔助（zhù）係統少（shǎo），結構簡單。
(3）變頻（pín）器軟起動，起動過程隨（suí）意設定（dìng）
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三（sān）相感應電機達到（dào）起動條件後，軟起動裝置起動三相感應（yīng）電機，係統（tǒng）運行。係統控（kòng）製複雜，低（dī）速無（wú）法實（shí）現過載輸（shū）出（chū）。在低速過程需要盤車（chē）係統，將轉速（sù）提高到（dào）三相感應電機（jī）起動條件。直驅（qū）係（xì）統直接變頻低速（sù）起動，係統直接運行，係統控製（zhì）簡單。變（biàn）頻控製起動過程可根（gēn）據實際（jì）工況進（jìn）行調（diào）整，以滿足各種工況（kuàng）的（de）需求。低速（sù）可過載輸（shū）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（tǒng）各構成單（dān）元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元（yuán）多。同時立磨減速器結構複（fù）雜需（xū）要經常維護，維護成本費用（yòng）高。同（tóng）時係統（tǒng）無法實現在低速（sù）運行的情況（kuàng）下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製（zhì）永（yǒng）磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運（yùn）行情（qíng）況下進行係統（tǒng）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（zhào）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（tǒng）相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直（zhí）驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機（jī）驅動,提高了立磨效率（lǜ）。在立磨扶正軸承與壓力軸承上（shàng）進行突破，通過（guò）設計一種雙向載荷（hé）扇形模塊（kuài）機構替代大直徑軸（zhóu）承（chéng），方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降（jiàng）低成本,在工程實際（jì）中具有很（hěn）強的實用型。
針對大、中、小型不（bú）同尺寸的立磨，分別設計了三種（zhǒng）立磨專（zhuān）用（yòng）永磁電機，代替傳（chuán）統的減速機與三相異步電動機（jī），永（yǒng）磁直驅（qū）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（yǔ）承壓的作用，並（bìng）且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁（cí）直驅礦用球磨機 
