1、技術背景
傳（chuán）統的球磨機、立磨機大都采（cǎi）用三相異（yì）步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構（gòu）進行驅動，導（dǎo）致球磨機的傳動係統（tǒng）存在機械傳（chuán）動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作（zuò）量大等問（wèn）題。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南91视频网機電設備有限公司聯合設計研發的（de）球磨機、立（lì）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（yī）體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做（zuò）成直驅（qū）方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功（gōng）率（lǜ）因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高（gāo）等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設（shè）計，不僅降低（dī）了加工（gōng）、製造、運輸等難度，還相當於把一個大（dà）功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製（zhì）技術可以實現降低大功率電機（jī）的輸入電壓，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（yuán）。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設（shè）計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而（ér）降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自（zì）由度，球磨機運行（háng）在輕載工況時，完全可以隻運（yùn）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（cǎi）用了（le）一種自主設計（jì）研（yán）發的隨動（dòng）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（tōng）過機械結構設計，確定了一種無論（lùn）球磨機轉筒是否震（zhèn）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（de）結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒（héng）定，電機不會發（fā）生掃膛現象，因此電（diàn）機（jī）的氣隙可以設計（jì）的比普通永磁直驅電機的小很（hěn）多，從而大幅降低電機永磁體（tǐ）用量，降低生產成本，節約稀土資源（yuán），節能用電量。當模塊（kuài）發生（shēng）故障時，直接拆（chāi）卸故障電機，更換新的（de）模（mó）塊（kuài）電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到（dào）生產工（gōng）期。
2、球磨機（jī）專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的（de）隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定（dìng）子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛（shǐ），公路的起伏不影響車輪與地（dì）麵（miàn）貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾（gǔn）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、滾筒形變、重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，不必（bì）停機檢修。同（tóng）時（shí）電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永（yǒng）磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生（shēng）掃膛現象。
本產品電機的（de）定子為隨動式結構,基於（yú）模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩（liǎng）側安裝滾（gǔn）輪且滾（gǔn）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（yǔ）支撐框架相連（lián）的彈（dàn）性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於（yú）半壓（yā）縮狀（zhuàng）態（tài）,如果球磨機滾筒向上波動，轉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（xiàng）上頂，保證下方定子塊的滾輪依然（rán）貼合轉（zhuǎn）筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進（jìn）行（háng）徑向與圓周方向（xiàng）的移動，從而（ér）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（xù）向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸（xī）引力的同時，彈性機構將上方（fāng）其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝（zhuāng）置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力（lì）,避免因（yīn）彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快（kuài）。
本產品將（jiāng）永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計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模（mó）塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞（rào）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擋板來對定子塊進行圓（yuán）周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板（bǎn）,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（yī）次（cì）拆卸密封（fēng）外殼、彈性機構、彈性機（jī）構與定子（zǐ）塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊（kuài）。
3、采用本產品代（dài）替（tì）傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效（xiào）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，係統響應速度快（kuài），感應（yīng）電機（jī）則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越（yuè）來越廣泛的（de）原因。
采用（yòng）永（yǒng）磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅（qū）係統的（de）傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統（tǒng）的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統（tǒng）的故障率低，維護（hù）檢修方便，還避免了傳統設（shè）備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采（cǎi）用了模塊化設計，不僅降（jiàng）低了加工，製造，運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個（gè）大功率（lǜ）電機做成（chéng）了多個小功率電機。模塊化電（diàn）機的控製技術可以實現降低大（dà）功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的輸入電流，電機不必采用（yòng）高（gāo）等級絕緣，模塊化電機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電（diàn）機的（de）供電電（diàn）壓和使用的變頻器容量（liàng），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（diàn）機故障（zhàng）時，會導致電機合成磁動勢（shì）發生畸變，諧波含量（liàng）增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正（zhèng）常運（yùn）行。而本產品（pǐn）進行了模塊化設計，每（měi）個模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係統，大（dà）大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控（kòng）製靈活的優勢（shì），在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊（kuài）電（diàn）機即（jí）可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切（qiē）除故障子模塊而控製（zhì）其（qí）餘（yú）正常子模（mó）塊降額（é）運行。使用本產品完全不會因電機發生（shēng）故障而影響到生產工期。
球磨機因加工（gōng）誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變或重載產（chǎn）生震動等因素會（huì）發生轉（zhuǎn）子（zǐ）偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機（jī）掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣（qì）隙大小來預防掃膛，而氣隙（xì）增大（dà）會導（dǎo）致（zhì）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（jī），能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒（héng）定，可將氣隙（xì）做的更小，減少永磁體用量，電機（jī）不會發生掃膛現象，同時因為該隨動（dòng）式定子結構在偏心（xīn）時能繼續正常工（gōng）作，檢修次（cì）數更少，工作時間更長，大體積（jī）球磨機檢修複雜，降低檢修（xiū）次數就是提高生產效率。
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（qū）對比於傳統（tǒng）感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工（gōng）況適應能力差。遇到突（tū）發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統（tǒng）反應（yīng）速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件（jiàn），除調（diào）整磨輾高（gāo）度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環（huán）境，係統反應速度更快。
(2）係（xì）統簡單,可靠（kào）性高
傳統係統因三相感應（yīng）電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤（pán）車係統（tǒng）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大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電（diàn）機起動後，通過減速器（qì）滿（mǎn）足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直（zhí）驅（qū）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，無需盤車係（xì）統和減速器，輔助係統少，結（jié）構簡單。
(3）變頻（pín）器軟起動，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（xiàng）感應電機（jī）達到起動條（tiáo）件後，軟起（qǐ）動裝置起動三相感應電機（jī），係統運行。係統控製複雜（zá），低（dī）速無法實（shí）現過載輸出（chū）。在低速過程需要盤車係（xì）統，將轉（zhuǎn）速提高到三（sān）相感（gǎn）應電（diàn）機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係（xì）統直接運行（háng），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（xū）求。低速可過載輸出，滿足起（qǐ）動（dòng）需（xū）要，取（qǔ）代盤車係統。
(4）無減速器，維（wéi）護成本更低（dī）,維護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定（dìng）期維護，傳統係統構成單元（yuán）多。同時（shí）立磨（mó）減速器結構複雜需要經常維護，維護成本（běn）費用（yòng）高。同時係（xì）統（tǒng）無法實現在低速運行的（de）情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁（cí）同（tóng）步電機直接驅動，控製方（fāng）便。係統內無減速（sù）器，無需額外進行維護，係統（tǒng）維護成本低。同時，係統可實現在（zài）電機低速運行情況下進行係統（tǒng）維護。
(5）傳動效率高,節能（néng）效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統（tǒng）驅（qū）動係統年節電量達181萬元。（按照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相同，這裏不再一—贅述（shù）。
2、永（yǒng）磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電（diàn）機驅動,提高了立磨效（xiào）率。在立磨（mó）扶正軸承與壓力軸承上進行突破（pò），通過（guò）設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便（biàn）加工、生產、運輸、裝配、維（wéi）修，並降低成本,在工程實際中具有很強（qiáng）的實（shí）用型。
針對大、中、小型（xíng）不同尺寸的立磨（mó），分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳（chuán）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（gòu）與不同的放置位置，均能達到扶正（zhèng）與承（chéng）壓的作用，並且方（fāng）便製造、裝配維護，節省成本。均已申（shēn）請專 利（lì）。
永磁直驅礦用球磨機 
