1、技術背景
傳統（tǒng）的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳（chuán）動鏈冗長、效率低（dī）、機構複雜、運行維（wéi）護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與（yǔ）控製技術研究所與河南91视频网機電設備有限公司聯（lián）合設（shè）計研發的球磨（mó）機、立磨機采用永磁直（zhí）驅電機,通過將電（diàn）動機與機械結構進行機電一體化設計（jì），取消動力傳（chuán）輸的中間（jiān）環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省（shěng）去傳統磨機（jī）的（de）減速機，顯著（zhe）提高了電機的效率與功率因數，具有（yǒu）節能（néng）、起動轉矩大、過載能力強、係統（tǒng）免維護、自動（dòng）化程度高（gāo）等優（yōu）點（diǎn）。
在控製方麵,本（běn）產品電機定（dìng）子采用（yòng）了模塊（kuài）化設（shè）計，不僅降低了（le）加工、製造、運輸等難度，還（hái）相當於把一個大功率電機做（zuò）成了多個小功率電機。模塊化電機的控製（zhì）技術（shù）可（kě）以實現降低大功率電機的（de）輸入（rù）電壓，但是（shì）不增加電機的輸入電流，電機不必采（cǎi）用高等（děng）級（jí）絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供（gòng）電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降（jiàng）低成本。每個模塊電機都具有（yǒu）一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由（yóu）度，球磨機（jī）運行在輕載工況時，完全可以隻（zhī）運（yùn）行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電（diàn）機的定子（zǐ）采用了一種自主（zhǔ）設（shè）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（fǒu）震動或偏心，定（dìng）子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙（xì）恒定的結構。本（běn）產（chǎn）品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設（shè）計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降（jiàng）低電機永磁體用量，降低（dī）生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接（jiē）拆（chāi）卸故（gù）障電機，更換（huàn）新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因（yīn）電機（jī）發生故（gù）障而影（yǐng）響到生（shēng）產工期。
2、球磨機專用隨動（dòng）式永磁（cí）直驅電（diàn）機概述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾（gǔn）筒就像（xiàng）公路，定子（zǐ）塊就像汽車。滾輪貼（tiē）合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公（gōng）路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒（tǒng）偏心浮動不影（yǐng）響滾輪貼合滾筒，保證定（dìng）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（zǎi）震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻（yún）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。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做（zuò）的更小，減少永磁體用量，並（bìng）且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產（chǎn）品電機的定子為隨動式結構（gòu）,基於（yú）模塊化永磁直驅（qū）電機（jī），采用獨立的扇形定子塊結構，其（qí）隨（suí）動原理是在定子塊（kuài）的（de）軸向兩側安裝（zhuāng）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（zhī）撐（chēng）框架相連的彈性（xìng）機構。彈性機構在球磨（mó）機滾筒不偏心（xīn）時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊（kuài）上安裝的滾輪，進而帶動定（dìng）子塊向上移動，上方彈（dàn）性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引（yǐn）力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下（xià）方定子塊的滾輪（lún）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（bǎo）證定子、轉子之間的間隙（xì）不變。球磨機滾（gǔn）筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子（zǐ）塊在受（shòu）到永磁體對其向下的吸引（yǐn）力的同時，彈性（xìng）機（jī）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（zhì）的壓力（lì）大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因（yīn）彈性裝置設置（zhì）的壓力過大（dà）造成滾（gǔn）輪或轉筒磨損較快（kuài）。
本產品將永磁電機（jī）采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用（yòng）不同個數（shù）的隨動式定子塊構成（chéng）一台（tái）模塊電機，一台（tái）整圓電機由多（duō）台模（mó）塊電機構成,多台（tái）模塊電機共用同一個轉子，模（mó）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）擋板來對定子塊進行（háng）圓周方向（xiàng）的限位。球磨機（jī）滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的（de）隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿（yán）球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈（dàn）性機構與（yǔ）定子塊之間的連接杆、彈（dàn）性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向（xiàng）拉（lā）出，進行檢修或更換新的定子（zǐ）塊。
3、采用本（běn）產品代替傳統磨機的電機驅動係統（tǒng）的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯（lián）軸器、減速裝置以及（jí）齒（chǐ）輪（lún）結構進（jìn）行驅動。永磁（cí）同步電機（jī）與感應電機相比優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（yǒng）磁電機通（tōng）過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統（tǒng）響應速度（dù）快，感應電機則起動相（xiàng）對困難。這些也是（shì）近年來永磁電機應用越來越廣（guǎng）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（suō）短係統（tǒng）的傳動鏈，直（zhí）驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅（qū）係統的傳動效率不僅得到大幅提升（shēng），而且直驅係統的故障率低，維護檢修（xiū）方便，還避免了傳統設備因（yīn）漏油造成環境汙染。
由（yóu）於本產品電機定子采用（yòng）了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運（yùn）輸等難（nán）度，還相當於把一個大功（gōng）率電機做（zuò）成了（le）多個小功率電機。模塊化電機的控製（zhì）技術可（kě）以實現降低大功率電機的輸入（rù）電壓，但是不增加電機的輸（shū）入電流，電機不必采用高等（děng）級絕緣，模塊化電機采用（yòng）多台（tái）小功率變（biàn）頻器聯合供電。這（zhè）樣設計降低（dī）了電機（jī）的供電電壓（yā）和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成本。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機。
傳統電機（jī）故（gù）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（zhuǎn）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（huà）設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機（jī）控製的自由度,可以利用其（qí）多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時（shí）。可（kě）以直（zhí）接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模（mó）塊化電機具有冗（rǒng）餘的模塊數，也可切除故障（zhàng）子模塊而（ér）控製其餘正常子模（mó）塊降額運行。使用（yòng）本產品完全（quán）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、滾筒形變或（huò）重載產生震動等因素會發生轉（zhuǎn）子偏心（xīn）現象，偏心嚴重時還會造成電機掃（sǎo）膛損壞（huài）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（zēng）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）的間隙恒（héng）定，可將氣隙做的更小，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子（zǐ）結構在偏（piān）心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降（jiàng）低檢修次數（shù）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（lì）磨技術
1、立磨直驅對比（bǐ）於傳統感應電機的（de）優點( 1）變頻（pín）調速控製，實（shí）現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況（kuàng）適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變（biàn）係統（tǒng）工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電（diàn）機采用變頻（pín）調（diào）速，適（shì）應工況能力（lì）強。遇到突發事件，除調整磨輾高（gāo）度外（wài），還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係（xì）統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統（tǒng）係統因三相感應電（diàn）機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨（mó）的低速起動。為保證在電機起動過程不對電（diàn）網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置（zhì）。三相感應電機（jī）起動後，通過減（jiǎn）速器滿足係統（tǒng）轉矩需要，整個（gè）係統（tǒng）構成複雜，係統運行的輔助（zhù）設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電（diàn）機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤（pán）車係統和減速器，輔（fǔ）助係統少，結構簡單。
(3）變頻（pín）器軟起動（dòng），起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統（tǒng）運行。係統控製複雜，低速無法（fǎ）實現（xiàn）過載輸出。在低速過程需要盤車係統（tǒng），將轉速提高到三相（xiàng）感應電機起動條件。直驅係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（dòng）過程可根據實際工況進行調整（zhěng），以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護（hù）次數（shù）少（shǎo）
係統各構（gòu）成單（dān）元均需要時常檢（jiǎn）查和定期維護，傳統係統（tǒng）構成單元（yuán）多。同時立磨減速器結構複雜需要經常（cháng）維（wéi）護，維護成本費用高（gāo）。同時係統無法實現在低（dī）速運行的（de）情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永（yǒng）磁同（tóng）步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器（qì），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（jī）低速運行情況下進行係統維（wéi）護。
(5）傳動效率高（gāo）,節（jiē）能效（xiào）果明顯
綜上采用直驅永磁電機取（qǔ）代傳統驅動係統年節電量達181萬（wàn）元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式（shì）鯤磨機直（zhí）驅係統的優勢與球磨機直驅（qū）係統相（xiàng）同，這裏不再（zài）一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新（xīn）型（xíng）立磨結（jié）構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶（fú）正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設（shè）計一種（zhǒng）雙向載（zǎi）荷扇形模（mó）塊機構替代大直徑軸承，方便加（jiā）工、生產、運輸、裝（zhuāng）配、維修，並降低成本,在工程實際中（zhōng）具有很強的實用型。
針對大（dà）、中、小（xiǎo）型不同尺（chǐ）寸的立磨，分別設計了三種立（lì）磨（mó）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（hé）機構（gòu）與不同的放（fàng）置位置，均能達到扶正與承壓的（de）作用，並（bìng）且方便製造、裝配維護，節省成本（běn）。均已（yǐ）申請（qǐng）專 利。
永磁直驅礦用球磨（mó）機 
