1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機（jī）大（dà）都采用三相異步（bù）電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結（jié）構進行驅動，導致球磨機的傳動（dòng）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（shěn）陽工業大學電（diàn）機與（yǔ）控製技術研究所與河南91视频网機（jī）電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁（cí）直驅電機,通過將電動機（jī）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（jiē），做（zuò）成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統（tǒng）磨機的減速機，顯著提高了（le）電機（jī）的效（xiào）率與功（gōng）率因數，具有（yǒu）節能、起動轉矩大、過（guò）載能力強、係統免維護、自動化（huà）程度高（gāo）等優點。
在（zài）控製（zhì）方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個大功（gōng）率電機做（zuò）成了（le）多個小功率電機。模塊化電機的控（kòng）製（zhì）技術可以實現降低（dī）大功率電（diàn）機的輸入電壓，但是不增加電機（jī）的輸入電流，電（diàn）機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯（lián）合供電（diàn），這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。每個模塊電機都具有一套（tào）獨立的控製係統（tǒng），大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（kuài）電機驅動球磨機。
在結構方麵，本（běn）產品電機（jī）的定子采用了一種（zhǒng）自主設計研發的隨動式結構，將（jiāng）整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通（tōng）過機械結構設（shè）計（jì），確（què）定了一種無論球磨（mó）機轉筒是否震動或偏心（xīn），定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間（jiān）隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子（zǐ）間的間隙恒定，電機不（bú）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，從而大幅降低電機（jī）永磁體用（yòng）量（liàng），降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故（gù）障時，直接拆卸故障電機，更換新的模（mó）塊電機即（jí）可（kě）正常運行。使用本（běn）產（chǎn）品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨（suí）動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼（tiē）合滾筒旋轉相當於汽車在公（gōng）路行駛，公（gōng）路的起伏不影響車輪與地麵貼合（hé），即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒（héng）定，在球磨機（jī）因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重（chóng）載震動等原因造成電機偏心、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（tài），不必停機檢修。同（tóng）時電機（jī）定子與轉子間的間隙也（yě）可以做的更小，減少永（yǒng）磁體用量，並且因為隨（suí）動式結構，電機（jī）不（bú）會發生（shēng）掃膛現（xiàn）象。
本產（chǎn）品電機的定子為隨動式結構（gòu）,基於模塊化（huà）永（yǒng）磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原（yuán）理（lǐ）是在（zài）定子（zǐ）塊的軸向兩側安（ān）裝滾輪且滾輪貼合滾筒來（lái）確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有（yǒu）與支撐框（kuàng）架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂定子塊上（shàng）安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在（zài）受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊（kuài）上的彈性機構將其向上頂，保證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（jìn）行徑向與圓周方向的移動，從而保證定（dìng）子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續（xù）向下波動，則上方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其向下的吸引力的（de）同時，彈性機構將上方（fāng）其向下壓（yā）,下方定子塊（kuài）被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的（de）壓力大小（xiǎo）可調，對於不（bú）同位（wèi）置的定子塊設置不同的壓力（lì）,避（bì）免因彈性裝置設置的壓力過大造（zào）成滾輪（lún）或轉筒磨損較快。
本（běn）產品將永磁電機采用模塊化（huà）控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的（de）隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊（kuài）電機共用同一（yī）個轉子，模塊電機包繞式安裝（zhuāng）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擋板來對定（dìng）子塊進行圓周方向的限位。球磨（mó）機滾筒（tǒng）的法（fǎ）蘭處銜接T型支撐（chēng）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拆卸密（mì）封外殼、彈性機構、彈（dàn）性機構與定子塊（kuài）之間的（de）連接杆、彈性機構支撐架，即可（kě）將定子塊沿（yán）徑向拉出，進行檢修或更換新的（de）定子塊。
3、采用本產品代替（tì）傳統磨機（jī）的電機驅（qū）動係統的優點
現階段大多數的球磨機（jī）仍采用三相（xiàng）感應電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝置以及（jí）齒輪結（jié）構進行驅動。永磁同步電機（jī）與（yǔ）感應電（diàn）機（jī）相比優（yōu）勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係（xì）統（tǒng）響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些（xiē）也（yě）是近年來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（lián）軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係統（tǒng）的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳（chuán）動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維（wéi）護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設（shè）計（jì），不僅降低了加（jiā）工，製造（zào），運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成（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電（diàn）壓，但是不增加電機的輸入電流，電（diàn）機不（bú）必采用高等級絕（jué）緣，模塊化電機采用多台小功率（lǜ）變頻器（qì）聯合供電。這（zhè）樣（yàng）設計降低了（le）電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低成本。球磨機運行（háng）在輕載工況時,完（wán）全可以隻運行（háng）部分模（mó）塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障（zhàng）時，會導致（zhì）電機合（hé）成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩（jǔ）波動顯著增（zēng）加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計（jì），每個模塊電機都具有一套獨立的控製（zhì）係統，大大提升（shēng）了電機（jī）控（kòng）製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以（yǐ）直接拆卸故（gù）障電機更換新的模塊電（diàn）機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也（yě）可切（qiē）除故障子模塊而（ér）控製其餘正（zhèng）常子模塊降（jiàng）額運行。使用本產品完全不會因電（diàn）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、滾筒形變或重載產生震動等（děng）因素會（huì）發生轉子偏心現象，偏（piān）心嚴重時還（hái）會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙（xì）增大會導致永磁體用量增（zēng）加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒（tǒng）偏心時保證定子與（yǔ）轉子之間的間隙恒定，可（kě）將氣隙做的（de）更小，減少（shǎo）永磁（cí）體用量，電機不會發（fā）生掃膛（táng）現象（xiàng），同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少（shǎo），工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜（zá），降低檢修次數（shù）就是提高（gāo）生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直（zhí）驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統（tǒng）感應電機的優點( 1）變頻調（diào）速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度（dù）單一，工況適應能力差。遇到突發事（shì）件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統（tǒng）反應速度慢。永磁同步電機采用（yòng）變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度（dù）外，還增加了速（sù）度調節以快速適應係統工作環境（jìng），係統反應速（sù）度（dù）更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法在低（dī）速實現大轉矩輸出（chū），需要額外的盤車係統滿足立磨的（de）低速起動。為保證（zhèng）在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應（yīng）電（diàn）機起動後，通（tōng）過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係（xì）統運行的輔助設備（bèi）很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉（zhuǎn）矩特性（xìng）滿足需要，無需盤車係統和減速器（qì），輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過（guò）程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到（dào）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。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件（jiàn）。直驅係統（tǒng）直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製（zhì）簡單。變頻控製起動過（guò）程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況（kuàng）的需求。低（dī）速可過載輸出，滿足起動需要（yào），取代盤車係統。
(4）無（wú）減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單元均（jun1）需要時常（cháng）檢查和定期（qī）維護，傳統係統構成單元多（duō）。同時立磨減速器（qì）結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同（tóng）時係統無法實現在低速運行的情況下進行係（xì）統維護。直驅係（xì）統構（gòu）成單（dān）元簡單，變頻器控製永磁同（tóng）步電機直（zhí）接驅動，控製方便。係統內無減速（sù）器，無需額外進行（háng）維護，係統維護成本低。同（tóng）時，係統（tǒng）可實現在電機低速運行情況下進行係（xì）統維護。
(5）傳（chuán）動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機（jī）取代傳統驅動（dòng）係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式（shì）鯤磨機直驅係統的優勢與（yǔ）球磨（mó）機直驅係統相同，這（zhè）裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本（běn）新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動（dòng）,提高了立磨效率。在立（lì）磨扶正（zhèng）軸（zhóu）承與壓力軸（zhóu）承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形（xíng）模塊機構替代大（dà）直徑（jìng）軸承，方便（biàn）加（jiā）工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在（zài）工程（chéng）實際中具有很強的實用型。
針對大、中（zhōng）、小型不同尺寸（cùn）的立磨，分別設計了三種立（lì）磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機（jī）構與不同的（de）放（fàng）置位（wèi）置，均能（néng）達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝（zhuāng）配維護（hù），節省成本。均已申（shēn）請專（zhuān） 利。
永磁直驅礦用球磨機 
