1、技術背景
傳統的球磨機（jī）、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（dǎo）致球磨機的傳動係統存在機械（xiè）傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工（gōng）作量大等（děng）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,通過將電動機與（yǔ）機械結構（gòu）進行機電一體化設計，取消動力傳輸的（de）中（zhōng）間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷（hé）載的需求，省去傳統磨（mó）機的減速機，顯著提高了電（diàn）機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動（dòng）化程度高等（děng）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、製（zhì）造（zào）、運輸等難度，還相當於把一個大功（gōng）率（lǜ）電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控（kòng）製技術可（kě）以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加（jiā）電機的（de）輸入（rù）電流，電機不必采用高等級（jí）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（le）電機的供（gòng）電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量（liàng），從（cóng）而降低成本。每個模塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機（jī）控（kòng）製的自由度，球磨機運行在輕（qīng）載工（gōng）況時，完全可以隻（zhī）運行部分模（mó）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小扇（shàn）形塊，通過機械結構設計（jì），確定了一種無論球磨機轉（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（dìng）子與（yǔ）轉子間隙恒（héng）定的（de）結（jié）構。本產品通過機械（xiè）結構設計保證定（dìng）子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此（cǐ）電機的氣隙可以（yǐ）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（cí）體用量，降低生產成（chéng）本，節約稀土資源，節（jiē）能用（yòng）電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障（zhàng）電機，更（gèng）換新的（de）模塊電機即可正常運（yùn）行。使（shǐ）用本產品完全不會因電機發生故（gù）障而影響（xiǎng）到（dào）生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機（jī）概述
本產（chǎn）品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路（lù），定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相（xiàng）當於汽車在公（gōng）路（lù）行駛，公路（lù）的（de）起伏不影響車輪與（yǔ）地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影（yǐng）響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙（xì）恒（héng）定，在球磨機因（yīn）裝配誤差（chà）、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均（jun1）勻時，仍能正常運轉，保證（zhèng）磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢（jiǎn）修。同（tóng）時電機定子與（yǔ）轉子間的間隙也可以做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，並且因為（wéi）隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的（de）定（dìng）子為隨動式結構,基（jī）於模塊化永磁直驅電機，采用（yòng）獨（dú）立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子（zǐ）塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼（tiē）合滾筒來確（què）定定子與轉子間的間隙，定子塊徑（jìng）向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時（shí）處於半壓（yā）縮狀態,如（rú）果（guǒ）球磨機（jī）滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安（ān）裝的滾（gǔn）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（kuài）在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈（dàn）性機構將其向上頂，保證下方定子（zǐ）塊的滾輪依（yī）然（rán）貼合轉筒外表麵（miàn），使（shǐ）定子（zǐ）塊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、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（dìng）子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同（tóng）時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力（lì）大小（xiǎo）可調，對於不（bú）同位（wèi）置的定子塊設置（zhì）不同的壓力,避免因彈性（xìng）裝置設置的壓力過大造（zào）成滾輪或轉筒磨損較快。
本產（chǎn）品將永磁（cí）電（diàn）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（shù）的隨動式定子塊（kuài）構成一台模塊電機，一（yī）台（tái）整圓電機由多台模塊（kuài）電機構成,多台模塊電機共用同一個轉（zhuǎn）子，模塊電機包繞式（shì）安（ān）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（kuàng）架上的（de）擋板來（lái）對定（dìng）子塊（kuài）進行圓（yuán）周方向（xiàng）的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支（zhī）撐安（ān）裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安（ān）裝拆（chāi）卸十（shí）分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性（xìng）機（jī）構、彈（dàn）性機構與定子塊之間的連接杆（gǎn）、彈性機構支撐架，即可將（jiāng）定子塊沿徑（jìng）向拉出，進（jìn）行檢修或更（gèng）換新（xīn）的定子塊。
3、采用本產品（pǐn）代替傳統磨機（jī）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（xiàng）感應電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進（jìn）行驅動。永磁同步電機（jī）與感應電機相比優勢是（shì）它有較（jiào）高（gāo）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（diàn）機運行平穩，係統（tǒng）響（xiǎng）應速度快，感應電（diàn）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（guǎng）泛的（de）原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機（jī）、聯軸器（qì）、及齒輪的傳動環節，縮短（duǎn）係統的傳動鏈，直驅係統（tǒng）的傳動效率（lǜ）將提升至少20%。球（qiú）磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，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（dìng）子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸（shū）等（děng）難度，還相當於（yú）把一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化（huà）電機的控製技術可以實現降低大功率電機的（de）輸入電壓（yā），但是不（bú）增加（jiā）電機的輸入（rù）電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用（yòng）多（duō）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使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機（jī）運行在輕載（zǎi）工（gōng）況時,完全可以隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機（jī）。
傳統電（diàn）機故障時，會導（dǎo）致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波（bō）動顯著增加，無法（fǎ）繼續正常運（yùn）行（háng）。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大（dà）提升了電機控製的自由度,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（chāi）卸故障電機更換新（xīn）的模塊電機即（jí）可正常運行。模塊（kuài）化電機具有冗（rǒng）餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行（háng）。使用本產品完全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、滾筒形變或重載產生震動等因素會（huì）發生轉子偏心（xīn）現象，偏（piān）心嚴重時還會造成（chéng）電（diàn）機掃膛損壞電機，實際生產中常（cháng）常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致（zhì）永磁體用量增加，提高電（diàn）機製造成（chéng）本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保（bǎo）證定子與轉子之間的間隙恒（héng）定，可將氣（qì）隙做的更小，減少永磁體用（yòng）量，電機不會發（fā）生掃膛現象，同（tóng）時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼（jì）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，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對（duì）比於傳統感應電機的優（yōu）點( 1）變頻調速控（kòng）製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發（fā）事件，調整磨鞮（dī）高度來改變係（xì）統工作環境，係統（tǒng）反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調（diào）速，適應工（gōng）況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外（wài），還增加（jiā）了速度調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統（tǒng）係統因三相感應（yīng）電機無法在低速實現（xiàn）大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低（dī）速起動。為保證在電機起動過程（chéng）不對電網造成過大的衝擊，需（xū）增加軟起動裝置。三相感（gǎn）應電機（jī）起（qǐ）動後，通（tōng）過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統（tǒng）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，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單（dān）。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三（sān）相感應電機達到起動條（tiáo）件後（hòu），軟起動裝置（zhì）起動三相（xiàng）感應電機（jī），係統運（yùn）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。直驅係統直接變（biàn）頻低（dī）速（sù）起動，係（xì）統（tǒng）直接運行，係統控製簡單（dān）。變頻控製起動過程可根據實際工（gōng）況進（jìn）行調（diào）整，以滿足各種工況的（de）需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無（wú）減速（sù）器，維護成（chéng）本更低,維護次數少
係統各構成單（dān）元均需要時（shí）常（cháng）檢查和（hé）定期維護，傳統係統（tǒng）構成單元多。同時立磨減（jiǎn）速器結構複雜需要經常維護（hù），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，變頻器控（kòng）製永磁同步電機直接（jiē）驅動（dòng），控製方便。係統內無減速器，無需額（é）外進行維護，係統維護成本低。同時（shí），係統可實現在電機低速（sù）運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效（xiào）率高（gāo）,節（jiē）能效果明（míng）顯
綜上采用（yòng）直驅永磁電機取代（dài）傳統驅動係統年節電量達181萬（wàn）元（yuán）。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨（mó）機直驅係統的優勢與球（qiú）磨機直驅係統相同，這裏不再一（yī）—贅述。
2、永磁（cí）直驅立（lì）磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅（qū）電機驅動,提高了立磨效率。在立（lì）磨扶正軸承與壓力軸承（chéng）上進行突破，通過設計一（yī）種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產（chǎn）、運（yùn）輸、裝配、維（wéi）修，並降低成本,在工（gōng）程實際中具有很強的實（shí）用型。
針對大、中（zhōng）、小型不同尺寸（cùn）的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動（dòng）機，永（yǒng）磁（cí）直驅電機具有雙向（xiàng）載荷（hé）機（jī）構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作（zuò）用，並且方便製造（zào）、裝配維護，節省成（chéng）本。均已申請專 利（lì）。
永磁直驅礦用球磨機 
