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（dòng）機、聯軸器（qì）、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅（qū）動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效（xiào）率低、機構（gòu）複雜、運行維護工作量大等問題。
沈（shěn）陽工（gōng）業大學電機與控製技術（shù）研（yán）究所與河南91视频网機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（guò）將電動機與機械結構（gòu）進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案（àn），能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨（mó）機的減速機，顯著提高了電機的效率與（yǔ）功率因數，具有節能、起動轉矩（jǔ）大、過載能力強、係統免維護、自動（dòng）化（huà）程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了（le）模塊化設計，不（bú）僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當於把一（yī）個大功率（lǜ）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（jī）的輸入電（diàn）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（gōng）率變頻器聯合供電，這樣設（shè）計（jì）降低了電機的供電電壓和使用的變頻器（qì）容量，從而降（jiàng）低成本。每個（gè）模塊（kuài）電機都具有一套獨立（lì）的控製係統，大大提升了電機控製的自由度（dù），球磨機運行在輕載工況時，完全可（kě）以（yǐ）隻運行（háng）部（bù）分（fèn）模塊（kuài）電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子（zǐ）采用了一種自主設（shè）計研發的（de）隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間（jiān）隙的小扇形（xíng）塊，通過機械結構設計，確定了一種無（wú）論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定（dìng）子與轉子間隙恒（héng）定的結構。本產品通（tōng）過機械結構設計保證（zhèng）定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生（shēng）掃膛現象（xiàng），因此電機的氣隙可（kě）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（yǒng）磁（cí）體用量，降低生產成本，節（jiē）約（yuē）稀土（tǔ）資源，節能用電量。當（dāng）模塊發生故障（zhàng）時，直接拆卸故障電（diàn）機，更換新的模（mó）塊電機即可（kě）正常運行。使用本產品完全不（bú）會（huì）因電機發生故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（jié）構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定（dìng）子塊就像汽（qì）車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽（qì）車在公路行駛，公路的（de）起伏（fú）不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不（bú）影響滾輪貼合滾筒，保（bǎo）證定子、轉（zhuǎn）子間（jiān）隙恒定，在球磨機因裝配誤差、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（yún）時，仍能（néng）正常運轉，保證磨機始（shǐ）終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁（cí）體用量，並（bìng）且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象（xiàng）。
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，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原（yuán）理（lǐ）是在定子塊的軸向兩（liǎng）側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來（lái）確定定子與轉子（zǐ）間的間隙，定子塊徑向（xiàng）外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機（jī）構在球磨機滾筒不（bú）偏（piān）心時處於半（bàn）壓縮狀（zhuàng）態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上（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磁體對其（qí）向上的吸引力的（de）同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟（gēn）隨轉筒（tǒng）波動而進行徑向與圓周（zhōu）方向的移動，從而保證定（dìng）子、轉子之間的間（jiān）隙不變（biàn）。球磨機滾筒向（xiàng）下複位或繼續向下波動，則上方定子（zǐ）塊在（zài）受到永磁體對其向下（xià）的吸引力的同時，彈性機構將上方（fāng）其向下壓,下方定子（zǐ）塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝（zhuāng）置的（de）壓力大（dà）小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的（de）壓力,避免（miǎn）因（yīn）彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
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（chéng）,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間（jiān）設有固定在支撐（chēng）框架上的擋板來對（duì）定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接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次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定（dìng）子塊之間的（de）連接杆、彈性機（jī）構支撐架，即可將定子塊沿（yán）徑向拉（lā）出，進行檢（jiǎn）修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代（dài）替傳統磨機的電（diàn）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機、聯（lián）軸器、減速裝置以（yǐ）及齒輪（lún）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率和功率因數，損耗大大（dà）降低（dī），節約了能源。永磁電機通過變頻器（qì）進行調速，電機（jī）運行平穩，係統響應速（sù）度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永（yǒng）磁電機應用越（yuè）來越廣泛的原因。
采用永磁直（zhí）驅（qū），取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮（suō）短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率（lǜ）將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率（lǜ）不（bú）僅得到（dào）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。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把（bǎ）一個（gè）大功率電機做（zuò）成了多個小功率電（diàn）機。模塊（kuài）化電機的控製技術可以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（tái）小功率（lǜ）變頻器（qì）聯（lián）合供電。這（zhè）樣設計降低（dī）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（gōng）況時（shí）,完全可以隻運行部（bù）分模塊（kuài）電（diàn）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畸變，諧波含量增加，平均轉矩下（xià）降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行（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（de）控製係統，大大提（tí）升了電機控製的自由度,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。可以直接拆卸故障（zhàng）電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除（chú）故障子模塊（kuài）而控製其餘（yú）正常子模塊降額運行。使（shǐ）用本產（chǎn）品完（wán）全不會因電機發生故障而（ér）影響到生（shēng）產工期（qī）。
球磨機因（yīn）加工（gōng）誤（wù）差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變或重載產生（shēng）震動等（děng）因素會發生轉子（zǐ）偏心現象，偏心嚴（yán）重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永（yǒng）磁體（tǐ）用量增加，提高電機製造成本（běn）。隨動式定子結構的模塊（kuài）電機，能在轉筒偏心時（shí）保證定子與轉子之（zhī）間的（de）間隙恒定，可將氣隙（xì）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（suí）動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作（zuò）時間更長，大體積球磨機（jī）檢（jiǎn）修複雜，降低（dī）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、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立（lì）磨速度單一，工況適應能力差（chà）。遇到突發事件，調整磨鞮高度（dù）來（lái）改變係（xì）統工作環境，係統反（fǎn）應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應（yīng）工況（kuàng）能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高（gāo）度外，還（hái）增加了速度調節（jiē）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
傳統係統因（yīn）三相感應電機（jī）無法在低（dī）速實現大轉（zhuǎn）矩輸出，需要額外的盤車係（xì）統滿足立磨（mó）的低速起動。為（wéi）保（bǎo）證在電（diàn）機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足（zú）係統轉矩需要，整（zhěng）個係統（tǒng）構成（chéng）複雜，係統運（yùn）行的輔助（zhù）設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製（zhì）永磁同步（bù）電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係（xì）統和（hé）減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統（tǒng）先由低（dī）速盤車係統起動，待三相（xiàng）感應電機達到起（qǐ）動條件後，軟起動裝置起動（dòng）三相（xiàng）感（gǎn）應電機，係統運行。係統控製複雜，低速（sù）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（gǎn）應電機起（qǐ）動條件。直驅係統直接（jiē）變頻低速起動，係統直接運行，係（xì）統（tǒng）控製簡單。變頻控製起動過程可根據（jù）實際工況進行調（diào）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）次數少
係統各構（gòu）成單元均需要時常檢（jiǎn）查和定期維護，傳統（tǒng）係統構成單元多（duō）。同時立磨（mó）減速器結構複雜需要經常維護，維護成本（běn）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（tǒng）構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電（diàn）機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行（háng）維護，係統（tǒng）維護成本低。同時（shí），係統可實現在電（diàn）機低速運（yùn）行情況下進行係統維（wéi）護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯（xiǎn）
綜上采用直驅永磁電機（jī）取（qǔ）代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元/kWh）立式（shì）鯤磨機直驅係統的優（yōu）勢與球磨機直驅係統相同（tóng），這裏不再一—贅述。
2、永磁（cí）直（zhí）驅立磨（mó）結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅（qū）動,提高了立（lì）磨效率。在立（lì）磨扶（fú）正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑（jìng）軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同（tóng）尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電（diàn）機，代替傳（chuán）統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅（qū）電機具有雙向載荷機構與不（bú）同的放（fàng）置位置，均（jun1）能達到扶正與承壓的作用，並且方（fāng）便製（zhì）造、裝配維護，節省成本（běn）。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
