1、技術背景
傳統的球（qiú）磨機、立磨機大都采用三相異步（bù）電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨（mó）機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率（lǜ）低（dī）、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（nán）91视频网機（jī）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,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動（dòng）力傳輸的中間環節，做（zuò）成直驅方案，能直（zhí）接（jiē）滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提（tí）高了電機（jī）的效率與功率（lǜ）因數，具有節能、起動轉矩大（dà）、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點（diǎn）。
在控製方麵,本產品電機定子（zǐ）采用（yòng）了模塊（kuài）化設計，不僅降低了加工、製造（zào）、運輸等難度，還相當於把一個（gè）大功率（lǜ）電機做成了多個小功（gōng）率電機。模塊化電機的控製技（jì）術可（kě）以實現降低大功率電機的輸入電壓（yā），但是（shì）不增加電機（jī）的輸入電流，電機不必（bì）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使用的變（biàn）頻器容量，從而降低成本。每個模（mó）塊（kuài）電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了（le）電機控製的（de）自由度，球磨機運行在輕載工況（kuàng）時，完（wán）全可以隻運行部（bù）分（fèn）模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機（jī）的定（dìng）子（zǐ）采（cǎi）用了一種自主設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（jiān）隙的小扇形塊，通過（guò）機（jī）械結構設計，確定了一種（zhǒng）無論球磨機轉筒是否震動（dòng）或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保（bǎo）持定（dìng）子（zǐ）與轉子（zǐ）間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比（bǐ）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（chéng）本，節約稀土資源，節能用電量。當（dāng）模塊發生故（gù）障時（shí），直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不（bú）會因電機發生故障而（ér）影響到生產（chǎn）工期（qī）。
2、球磨機專用（yòng）隨動式永磁直驅電機概述
本（běn）產品（pǐn）的隨動式（shì）定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子（zǐ）塊就像汽車。滾（gǔn）輪貼（tiē）合滾筒旋轉相當於汽車在公（gōng）路行駛，公路的起伏不影響（xiǎng）車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒（tǒng），保證定子、轉子間隙恒（héng）定，在球磨機（jī）因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震（zhèn）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（xìng）能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的（de）間隙也（yě）可以（yǐ）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結構,基於模（mó）塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構（gòu），其隨動原理是在定子（zǐ）塊的軸向兩側安裝滾（gǔn）輪且滾輪貼合（hé）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（zhī）撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀（zhuàng）態,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（lún），進（jìn）而帶動定子塊向上移（yí）動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時（shí），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貼合轉筒外表麵，使定（dìng）子塊跟隨轉筒波動（dòng）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（zé）上方定子（zǐ）塊（kuài）在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本（běn）產品彈性裝置的（de）壓力大小可調，對於不同位置的定子塊（kuài）設置不同的壓力,避（bì）免因彈（dàn）性裝置設置的壓（yā）力（lì）過（guò）大造成滾輪或轉（zhuǎn）筒磨損（sǔn）較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控（kòng）製，根據不同功率的電機設計采用（yòng）不（bú）同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台（tái）整圓電機由（yóu）多台模（mó）塊電機構成,多（duō）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（tǒng）上。相鄰（lín）隨動式定子塊間設有固定在支撐框架（jià）上的擋板來對定子塊進行（háng）圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用（yòng）於（yú）支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本（běn）產品（pǐn）的隨動式定子塊安裝拆（chāi）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、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉（lā）出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的（de）球磨機（jī）仍采用三相（xiàng）感應電動（dòng）機（jī）、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動（dòng）。永磁同步電機與感應電機（jī）相比優勢是（shì）它有（yǒu）較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源（yuán）。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行（háng）平穩（wěn），係統響應速度快，感應電機則起動（dòng）相對困難。這些也是近年（nián）來（lái）永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消（xiāo）了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係（xì）統的傳動鏈，直驅係統的（de）傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳（chuán）動（dòng）效率不僅得到大幅提升，而且直（zhí）驅係統的故障率低，維護檢修方便，還（hái）避免了傳（chuán）統設備因漏油（yóu）造成環境汙染。
由於本（běn）產品電機定（dìng）子采用了模（mó）塊化設計，不僅降低（dī）了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功（gōng）率電機做成了（le）多個小功率電機。模塊化（huà）電（diàn）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（bú）增加電機（jī）的輸入電流，電機不必采用高等（děng）級（jí）絕緣（yuán），模塊化電機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電。這樣（yàng）設（shè）計降低了（le）電機的供電電（diàn）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（kě）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（diàn）機合成磁動勢發生畸變，諧波（bō）含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無（wú）法繼續正常運行。而本產（chǎn）品進行（háng）了模塊化設計，每個模塊電機（jī）都具有一套獨立的（de）控製（zhì）係統，大大提升了電機控製的（de）自由度,可（kě）以利用其多（duō）電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電（diàn）機更換新的模塊電機即可正常運行（háng）。模塊化電機具有（yǒu）冗餘的模塊數，也可（kě）切除故障子模塊而控製（zhì）其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全（quán）不會因電機（jī）發生（shēng）故障而影響（xiǎng）到生產（chǎn）工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產（chǎn）生震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，實際生產中常常（cháng）通過增加氣隙大小（xiǎo）來（lái）預防掃膛（táng），而氣隙增大會導致永磁體用量（liàng）增加，提（tí）高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉（zhuǎn）筒偏心時保（bǎo）證（zhèng）定（dìng）子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙（xì）做的更小，減少永磁體用（yòng）量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時（shí）能繼續正常工作，檢修次數更少，工作（zuò）時間更長，大體積球（qiú）磨（mó）機檢修複雜（zá），降低（dī）檢修次數就是（shì）提高生產效率。
4、隨動（dòng）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（yú）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
傳統立磨速度（dù）單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環（huán）境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能（néng）力強。遇到（dào）突發（fā）事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統反應（yīng）速度更快。
(2）係（xì）統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機（jī）無法在低速實現大轉矩輸出（chū），需要額外的盤車係（xì）統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不（bú）對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機（jī）起動後，通過（guò）減（jiǎn）速器滿足係統轉矩需要，整個係統構（gòu）成複雜，係統運行的（de）輔助設備很多。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（yào），無（wú）需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變（biàn）頻器軟起動（dòng），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（xiàng）感應電機（jī）達到起動條（tiáo）件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統（tǒng）運行。係統控製複雜，低速（sù）無（wú）法實現過載輸出。在低速過程需要（yào）盤車係統，將轉速提（tí）高到三相感應電機起（qǐ）動條件。直驅（qū）係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻（pín）控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各（gè）種工況的需求。低速可過載輸出（chū），滿足起動需要，取代盤車係統（tǒng）。
(4）無減速器，維護成本更低,維（wéi）護次數少（shǎo）
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護（hù），傳統係統構（gòu）成單元多。同時立磨減（jiǎn）速器結構複雜需要經常維護，維護（hù）成（chéng）本費用（yòng）高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維（wéi）護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便（biàn）。係統（tǒng）內無減速器，無（wú）需額外（wài）進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統（tǒng）驅動係統年節電量達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。
2、永磁（cí）直驅立（lì）磨（mó）結構示意圖（tú）
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。在立磨扶正軸承與壓力軸承上（shàng）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軸（zhóu）承，方（fāng）便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降（jiàng）低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計（jì）了三種（zhǒng）立磨專用（yòng）永（yǒng）磁電機，代替傳統的減速機與三（sān）相異步電動機，永磁直驅電機（jī）具有雙向載荷（hé）機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用（yòng），並且方便製（zhì）造、裝配維（wéi）護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
