1、技術背景
傳統的球磨機、立磨（mó）機（jī）大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進行驅動，導致球（qiú）磨機（jī）的傳動係（xì）統存在機械傳動鏈（liàn）冗（rǒng）長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南91视频网機電（diàn）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（jī）,通（tōng）過將電動機與機械結構進行機電一體化設（shè）計，取消動力傳輸的中間環節，做（zuò）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（gāo）了電（diàn）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（miǎn）維護、自動化程（chéng）度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊（kuài）化設計，不（bú）僅降低了加工（gōng）、製造、運輸等難度，還相當（dāng）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（jī）的控製技術可以實現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電（diàn）機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模（mó）塊化電機采用多台小功率變頻器聯合（hé）供電，這樣設計（jì）降低了電機的供電電壓和（hé）使用的（de）變頻器容量，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的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完（wán）全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動球（qiú）磨機（jī）。
在結（jié）構方麵，本產品電機的定子采用了一種（zhǒng）自主設（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（de）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震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運（yùn）動從而保持（chí）定子與轉子間隙恒定的（de）結構（gòu）。本產（chǎn）品通過機械（xiè）結構設計保（bǎo）證（zhèng）定子與轉子間的間隙恒（héng）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，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源（yuán），節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障（zhàng）電機，更換新的模塊（kuài）電機即可正（zhèng）常運行。使用本產品完全不會因電機發生（shēng）故障（zhàng）而（ér）影響（xiǎng）到生產工期（qī）。
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一（yī）種（zhǒng）“小車結構”，滾（gǔn）筒就像公路（lù），定（dìng）子（zǐ）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（de）起（qǐ）伏不影（yǐng）響車輪與（yǔ）地麵貼合，即滾筒偏心浮動（dòng）不（bú）影（yǐng）響滾（gǔn）輪貼合滾筒，保證（zhèng）定子、轉子間隙（xì）恒定（dìng），在球磨機因裝配誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時（shí），仍能正常運轉，保證磨機始終運（yùn）行在性能狀態，不（bú）必停機檢修。同時（shí）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，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式（shì）結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用（yòng）獨立（lì）的扇形定子塊結構，其（qí）隨動原理是在定子塊（kuài）的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子（zǐ）間的間隙，定子（zǐ）塊徑（jìng）向外側設有與（yǔ）支（zhī）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（suō）;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的（de）滾（gǔn）輪（lún）依然貼合（hé）轉筒外表麵，使定子（zǐ）塊跟隨（suí）轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移（yí）動，從而保證定子、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，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引（yǐn）力的同時，彈性機構將上方其向下壓（yā）,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對（duì）於不（bú）同位置（zhì）的定子塊設置不同的壓力,避免因彈（dàn）性裝置設置的壓（yā）力過大造成滾輪（lún）或轉筒（tǒng）磨損較快。
本產品將永磁電機（jī）采用模塊化控（kòng）製，根據不同功率的電機設計（jì）采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台（tái）模塊電機（jī）構成,多台模塊電機共用同一個轉子，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（lái）對定子塊進行圓周方向的限位（wèi）。球磨機（jī）滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝（zhuāng）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（yī）次拆卸密封外（wài）殼、彈性機（jī）構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構（gòu）支撐架，即可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（chǎn）品代替傳統磨機的電機驅動（dòng）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、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅動。永磁同步（bù）電機與感應電機相（xiàng）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）磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的（de）原因（yīn）。
采用永磁直驅，取消了中間的減（jiǎn）速（sù）機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳（chuán）動（dòng）效率將提（tí）升至少20%。球磨機直（zhí）驅係統的傳（chuán）動效率不（bú）僅得到大（dà）幅提升，而且（qiě）直驅（qū）係統的故障率低，維護檢修方便，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（kuài）化設計，不僅降低了加工，製造，運輸（shū）等（děng）難度，還相當於把一個大功（gōng）率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入（rù）電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕（jué）緣，模塊化電機（jī）采用多台小功率變（biàn）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,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生（shēng）畸變，諧波含量增（zēng）加，平均（jun1）轉矩下降，轉矩波動顯著增（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（kuài）電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控（kòng）製的自由（yóu）度（dù）,可以利用（yòng）其多電機（jī）結構和控製靈（líng）活的（de）優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電（diàn）機即可（kě）正常運行。模塊（kuài）化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子（zǐ）模塊而（ér）控製其餘正（zhèng）常子模（mó）塊降額運行。使用本產品完全不會因（yīn）電機發（fā）生故障而影響到生產工（gōng）期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震（zhèn）動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機（jī），實（shí）際生產中（zhōng）常常（cháng）通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣（qì）隙增大會導致永（yǒng）磁體用（yòng）量增（zēng）加，提高電機（jī）製造成（chéng）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（xì）恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不（bú）會發生（shēng）掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時（shí）能繼（jì）續正常工作（zuò），檢修次數更少，工作時間更長（zhǎng），大體積球（qiú）磨機檢修複雜，降低檢（jiǎn）修次數就是提高生（shēng）產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅（qū）立磨技術
1、立磨（mó）直驅對比於傳統感應電（diàn）機的優點( 1）變頻調速（sù）控製，實（shí）現負載工況多樣性
傳統立（lì）磨速度單一，工（gōng）況適應能力差（chà）。遇到（dào）突發事件（jiàn），調（diào）整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統（tǒng）反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到（dào）突發事（shì）件，除調（diào）整磨輾高度外，還增加了（le）速度調節以快速適應係統工作環境，係統（tǒng）反應速度更（gèng）快。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠（kào）性高
傳統係統因三（sān）相感應電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的低速（sù）起動。為保證在電（diàn）機起（qǐ）動過程不對電網造成過大的衝擊，需增（zēng）加軟起動裝（zhuāng）置。三相（xiàng）感應電機起動後，通過減速器（qì）滿足係統轉（zhuǎn）矩需要，整個係統構成複雜，係（xì）統運（yùn）行的輔助設備很多（duō）。直驅（qū）係統由變（biàn）頻控製係（xì）統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係（xì）統和（hé）減速器，輔（fǔ）助係統少，結構簡（jiǎn）單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨（suí）意設定
傳（chuán）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（xì）統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低（dī）速過程（chéng）需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動（dòng）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。變頻控製起動過程可根據實際工況進（jìn）行調（diào）整，以滿足（zú）各種工況的需求（qiú）。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統（tǒng）。
(4）無減速器，維護成本更（gèng）低,維護（hù）次數少
係統各構（gòu）成單元均需要時常檢（jiǎn）查和定期維護，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低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單（dān），變頻器控（kòng）製永磁同步（bù）電機直接驅動（dòng），控製方（fāng）便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維（wéi）護成本低。同時，係統（tǒng）可實現在電機低速運行情（qíng）況下進行係統維護。
(5）傳動效率（lǜ）高,節能效果明顯
綜上采（cǎi）用直驅永磁電機取代傳統驅動係（xì）統年節電量達181萬元。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立式（shì）鯤磨機直驅係統的優勢與球（qiú）磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁（cí）直驅電機驅動（dòng）,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與（yǔ）壓力（lì）軸承上進行（háng）突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸（zhóu）承，方（fāng）便加工、生產、運輸、裝（zhuāng）配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對（duì）大、中、小型不同尺（chǐ）寸的立磨，分別設計了（le）三種立磨專（zhuān）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構與不（bú）同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，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（kuàng）用（yòng）球磨機 
