1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、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動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工（gōng）作（zuò）量大等問題。
沈（shěn）陽工業大學電（diàn）機與控製技術研究（jiū）所與河南91视频网機（jī）電設備有限公司聯合設計研發（fā）的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動（dòng）機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的（de）中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速（sù）機，顯著提高了電機（jī）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（dòng）化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工（gōng）、製造、運輸等難度，還相當於把（bǎ）一個大功率電機（jī）做成了多個小功率電機。模塊化電機的控（kòng）製技術可以（yǐ）實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻（pín）器聯合供電，這樣設計降低了（le）電機的供電電壓和使用的變（biàn）頻器容量，從（cóng）而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提（tí）升了電機控製（zhì）的自由度，球磨機運（yùn）行在輕載（zǎi）工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自（zì）主設計研（yán）發的隨動式結（jié）構，將整圓的定（dìng）子分成若幹個相互存在（zài）間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了（le）一種無論球磨機（jī）轉（zhuǎn）筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械（xiè）結構設計保（bǎo）證定子與轉子間的（de）間（jiān）隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電（diàn）機的氣隙可以設計（jì）的（de）比普（pǔ）通永磁（cí）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（chéng）本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機（jī）發生故（gù）障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構成（chéng）一種“小車結（jié）構”，滾筒就像公（gōng）路，定子塊就像（xiàng）汽（qì）車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼（tiē）合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差（chà）、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變（biàn）、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻（yún）時，仍能正常（cháng）運轉，保（bǎo）證磨機始（shǐ）終運行（háng）在性能（néng）狀態，不必停機檢修。同時電機定子（zǐ）與轉子間的間隙（xì）也可以做的更（gèng）小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構（gòu），電機（jī）不會發生掃膛（táng）現象。
本（běn）產品電機的定子為（wéi）隨動式結構,基於模塊化永磁（cí）直（zhí）驅電（diàn）機，采用獨立的扇形定子塊（kuài）結（jié）構，其隨動原理是在定子塊的（de）軸向兩側安（ān）裝滾輪（lún）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（lián）的彈性機構（gòu）。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果（guǒ）球磨機滾筒（tǒng）向上波動，轉筒會向上頂定（dìng）子塊上（shàng）安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動（dòng），上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其（qí）向上的吸引（yǐn）力（lì）的同時，定子（zǐ）塊上的彈性機構（gòu）將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪（lún）依然貼合轉筒外表麵，使定子塊（kuài）跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子（zǐ）、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，則上方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其向（xiàng）下（xià）的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊（kuài）被轉筒向下（xià）壓。
本產品彈性（xìng）裝置的壓力大小可（kě）調，對於不同位置的定子塊設置不同（tóng）的壓力,避免因彈性裝置（zhì）設置的壓力過大造成滾輪或（huò）轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用（yòng）模塊化控製，根（gēn）據不同功（gōng）率的電機設計采用不同（tóng）個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一（yī）台整圓電（diàn）機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一（yī）個轉子，模塊電機包繞式安裝在球（qiú）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子塊進行圓周方（fāng）向（xiàng）的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用（yòng）於支撐安裝電機（jī）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（zhī）需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈（dàn）性機構與定子（zǐ）塊之間的連接杆、彈性機（jī）構支撐架（jià），即可將定子（zǐ）塊沿（yán）徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代（dài）替傳統磨（mó）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（sān）相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感（gǎn）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（le）能源。永磁（cí）電機通過（guò）變頻器進行調速（sù），電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機（jī）則起動相對困難。這（zhè）些也是近（jìn）年來永磁電機應用（yòng）越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機（jī）、聯軸器、及齒輪的傳動環節（jiē），縮短係統的傳動鏈，直驅係（xì）統的傳動效率將提（tí）升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提（tí）升，而且直（zhí）驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了（le）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計，不僅降低（dī）了加工，製造，運輸等難（nán）度，還相當於把一個大功率電機做成了多個（gè）小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機（jī）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合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和（hé）使用的變頻器容量，從而降低成本（běn）。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（diàn）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（xià）降，轉矩波動（dòng）顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模（mó）塊化設計，每個（gè）模塊電機都具有一套獨（dú）立的控（kòng）製係（xì）統，大大（dà）提升了（le）電機控製的自由度,可以利用其（qí）多電機（jī）結構和（hé）控製靈活的優勢，在發生故障時。可以（yǐ）直接（jiē）拆卸故障電機更換（huàn）新的（de）模（mó）塊電機即可正常運行。模塊化電機具（jù）有冗餘的模塊數，也可切除故（gù）障子（zǐ）模塊而控製其餘正常子（zǐ）模（mó）塊降額運行。使用本產品完（wán）全不會因電機發生故障而影響到生產工（gōng）期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重（chóng）載產生震動等因素會發生（shēng）轉子偏心現象，偏心嚴重時還（hái）會造成電機掃膛損壞（huài）電機，實際生產中常常（cháng）通過增加氣隙大小來預防掃（sǎo）膛，而氣隙增大會導致永（yǒng）磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動（dòng）式定子結構的模塊（kuài）電（diàn）機，能在（zài）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（táng）現象，同（tóng）時（shí）因為（wéi）該隨（suí）動式定子結構在偏心時能繼續正（zhèng）常工作，檢修次數（shù）更少，工作時間更長，大體積（jī）球磨機檢（jiǎn）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（jī）裝（zhuāng）配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅（qū）對比於傳統感應電機的優點( 1）變（biàn）頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨（mó）速度（dù）單一（yī），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（yīng）速度慢。永磁同步電機（jī）采用變頻（pín）調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外（wài），還增加了速度調節以快速適應係統工（gōng）作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相（xiàng）感應（yīng）電（diàn）機無（wú）法在低速實（shí）現（xiàn）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過（guò）大的衝擊，需增加軟起動（dòng）裝置。三相感應電（diàn）機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜（zá），係統運行（háng）的輔助設備很多（duō）。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要（yào），無需（xū）盤車（chē）係統和減速器，輔助（zhù）係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設（shè）定
傳統係統（tǒng）先由低速盤車係統起動，待三相感應電機（jī）達到起動條件後，軟起（qǐ）動裝置（zhì）起動三相（xiàng）感應電機（jī），係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸（shū）出。在低速過程需（xū）要盤（pán）車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直（zhí）接變頻低速起（qǐ）動，係統直接運（yùn）行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，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（chē）係統。
(4）無減速器，維護成本更低（dī）,維護次數（shù）少
係統各構成單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（sù）器結構複雜需要經常維護，維護成（chéng）本費（fèi）用高。同時係統無法實現在（zài）低速運行（háng）的情況下進行係統維（wéi）護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控（kòng）製永磁同步電（diàn）機直接驅動，控製方便。係統內無減（jiǎn）速器，無需額外進行維（wéi）護，係統（tǒng）維護成本低。同時，係統可實現在電機低（dī）速運行情況（kuàng）下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取（qǔ）代傳（chuán）統（tǒng）驅動係統年節電量達181萬（wàn）元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的（de）優勢（shì）與球磨機（jī）直驅係統相同，這裏（lǐ）不再一—贅述。
2、永磁直（zhí）驅立磨結構示意圖（tú）
本新型立磨（mó）結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶（fú）正（zhèng）軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計（jì）一種雙向載荷扇形（xíng）模塊機構替代大直（zhí）徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成（chéng）本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中（zhōng）、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替（tì）傳統的減速機與三相異步電（diàn）動機（jī），永（yǒng）磁直驅（qū）電機具有雙向載荷機構（gòu）與不同的放置位置，均能（néng）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（qǐng）專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
