1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電（diàn）動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機（jī）械傳動（dòng）鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業（yè）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（jì）研發的球磨機、立（lì）磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結（jié）構進行機電一體化設計，取消動力傳（chuán）輸的中間環節，做成（chéng）直（zhí）驅方案，能直（zhí）接滿足（zú）荷載（zǎi）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率（lǜ）因（yīn）數，具有節能、起動轉矩大、過（guò）載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵（miàn）,本產品電機定子采用了模（mó）塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸（shū）等難度，還相（xiàng）當於把一個大功率電機做成了多個小功率電（diàn）機。模塊化電機的（de）控製技（jì）術可以實現降低大功率電（diàn）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（kuài）化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣（yàng）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。每個模（mó）塊電機都具有（yǒu）一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況（kuàng）時（shí），完全可以隻運行部（bù）分模塊電機驅動球（qiú）磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用（yòng）了一種（zhǒng）自主設計研發的隨動式（shì）結構（gòu），將（jiāng）整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形（xíng）塊（kuài），通過機械結構設計，確定了一種無論（lùn）球磨機（jī）轉筒是（shì）否（fǒu）震動或偏心（xīn），定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持（chí）定子與轉子間隙恒定的結構。本產（chǎn）品通過機械結構設計保證定子與轉子間（jiān）的間（jiān）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普通永磁直（zhí）驅電機的（de）小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約（yuē）稀土資源，節能用電量。當模塊發（fā）生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正（zhèng）常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而（ér）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（zǐ）結構構成一種“小車（chē）結構（gòu）”，滾筒就像公路，定子塊就（jiù）像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽（qì）車（chē）在公（gōng）路（lù）行駛，公（gōng）路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機（jī）因裝配誤差、軸承磨（mó）損（sǔn）、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（yùn）行在性能狀（zhuàng）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（jiǎn）少（shǎo）永磁體用量，並且因為隨（suí）動式結構，電機不會發生（shēng）掃膛現象。
本（běn）產品電（diàn）機的定（dìng）子為（wéi）隨動式結構,基於模塊化（huà）永磁直驅電機，采用獨立（lì）的（de）扇形定子塊結構，其隨動原理是（shì）在定子塊的軸向兩側（cè）安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊（kuài）徑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（xīn）時處於半壓縮狀態,如果球磨機（jī）滾筒向（xiàng）上（shàng）波動（dòng），轉筒（tǒng）會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性（xìng）機構繼續壓縮;下方（fāng）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（qí）向上頂，保證下方定子塊的（de）滾輪依然貼（tiē）合轉筒外（wài）表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周（zhōu）方向的移動（dòng），從而保證定子、轉子之間（jiān）的間隙不變。球磨（mó）機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在（zài）受到（dào）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。
本產品彈性裝置的（de）壓力大小可調（diào），對於不同（tóng）位置的（de）定子塊設置不同的壓力（lì）,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成（chéng）滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將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（de）隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊（kuài）電機（jī）構成,多台模塊（kuài）電機共用同一個轉（zhuǎn）子，模塊電機包繞（rào）式安裝在球磨機滾筒上。相（xiàng）鄰隨動式定子塊間（jiān）設有固定在支撐框（kuàng）架上的擋板來對定子塊進（jìn）行圓周方向的限位。球（qiú）磨機滾筒的法蘭處（chù）銜接T型支撐板,用（yòng）於支撐安裝（zhuāng）電機轉子鐵心及磁鋼（gāng）。
本產品的隨（suí）動式定子塊安裝（zhuāng）拆卸十分便捷（jié），隻需要沿球（qiú）磨機的徑向（xiàng）依（yī）次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定（dìng）子塊之（zhī）間的連（lián）接杆、彈性機構（gòu）支撐（chēng）架（jià），即可（kě）將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定（dìng）子塊。
3、采用（yòng）本產品代替傳統磨機的（de）電機驅動係統的優點
現（xiàn）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率和功率因數，損耗大大降低，節約（yuē）了能源。永磁電機通過變頻（pín）器進行調速，電機（jī）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（jìn）年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
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（huán）節（jiē），縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球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（de）故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備（bèi）因漏油造成環境汙（wū）染。
由於本（běn）產品電機定子采用了模（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電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用（yòng）高等級絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合（hé）供電。這樣（yàng）設計降低了電（diàn）機的（de）供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低（dī）成（chéng）本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運（yùn）行部分（fèn）模塊電機驅動球（qiú）磨機。
傳統電機故（gù）障時，會（huì）導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量（liàng）增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加（jiā），無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊（kuài）電機都具有一套獨（dú）立的控製係統，大大提升了電機控製的（de）自由度,可以利（lì）用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生（shēng）故障時。可（kě）以（yǐ）直接拆卸故障電機更換（huàn）新的模塊電機即可正常運行。模塊（kuài）化（huà）電機（jī）具（jù）有冗餘的模塊數，也可切（qiē）除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生（shēng）故障而影（yǐng）響到生產工期。
球磨機因加工誤（wù）差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變或重（chóng）載（zǎi）產生震（zhèn）動等因素會（huì）發（fā）生轉子偏心現象，偏心嚴重時還（hái）會造（zào）成電機掃膛損（sǔn）壞電機（jī），實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防（fáng）掃膛，而氣隙增（zēng）大會導（dǎo）致永磁體用量增加，提高電機（jī）製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與（yǔ）轉子之間（jiān）的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體（tǐ）用量（liàng），電機不會發生掃膛（táng）現象，同時因為該隨動式定子結構在偏（piān）心時能繼續正常工作（zuò），檢修次數更少，工作（zuò）時間更長，大體積球磨機檢（jiǎn）修複雜，降低檢（jiǎn）修次數就是（shì）提高生產效率。
4、隨動式球磨機（jī）裝配示意圖
二、永（yǒng）磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比（bǐ）於傳統感應電機的優（yōu）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（yī），工況（kuàng）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境，係（xì）統（tǒng）反應速度慢。永磁同步電機采（cǎi）用變頻調速（sù），適應工況能力強。遇到突發事件，除（chú）調整（zhěng）磨輾高度外，還增加了速度（dù）調節以快（kuài）速（sù）適（shì）應係統工作環（huán）境，係統反應速度更快（kuài）。
(2）係統簡（jiǎn）單,可靠性高
傳統（tǒng）係統（tǒng）因（yīn）三相感（gǎn）應電機無法在低（dī）速實現大轉矩輸出，需要額（é）外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保（bǎo）證在電（diàn）機起動過程不對（duì）電網造成過大的（de）衝擊，需增（zēng）加軟起動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足（zú）係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運（yùn）行的輔助設備很多。直驅係（xì）統（tǒng）由（yóu）變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性（xìng）滿足需要，無需盤車（chē）係統和減速（sù）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（dìng）
傳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（jiàn）後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出（chū）。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相（xiàng）感應電機起動條件（jiàn）。直驅係統（tǒng）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（qǐ）動過程可根據實際工況進行調整，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（tǒng）。
(4）無減速器，維護成本（běn）更低,維護（hù）次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元（yuán）多。同時立磨減速器結構複雜（zá）需要經（jīng）常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的（de）情況下（xià）進行係統維護。直驅（qū）係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅（qū）動，控製方便。係（xì）統內（nèi）無減速器，無需額外進行維護，係統維護（hù）成本低（dī）。同時，係統可實現（xiàn）在電機低速運行情況下進（jìn）行係統維護。
(5）傳動效率高,節能（néng）效果明顯
綜上采用直驅永磁電機（jī）取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤（kūn）磨機直驅係統的優勢與球（qiú）磨機直驅係（xì）統相同，這裏不再一—贅述。
2、永（yǒng）磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采（cǎi）用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過（guò）設計一種雙向載（zǎi）荷扇形模塊（kuài）機構替代（dài）大直徑軸承，方便（biàn）加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成（chéng）本,在（zài）工程（chéng）實際中具有（yǒu）很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸（cùn）的立磨，分別設計了三種（zhǒng）立磨（mó）專（zhuān）用永磁電（diàn）機，代（dài）替（tì）傳統的減速機與三相（xiàng）異步電動機，永磁直驅電機具有雙向（xiàng）載荷機（jī）構與不同的放置位置，均能（néng）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。
永磁直驅礦用（yòng）球磨機 
