1、技（jì）術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三（sān）相異步電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動（dòng），導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈（liàn）冗長、效率低、機構（gòu）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（jì）術研究所與河南全（quán）新機電設備有限公司聯合設計研發的（de）球（qiú）磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將（jiāng）電動機與機械結構進行（háng）機電一體化設計（jì），取消動力傳輸的中間環節，做成（chéng）直驅方（fāng）案，能直接滿足荷載的需求，省（shěng）去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率（lǜ）因數，具有（yǒu）節能、起（qǐ）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（diàn）機定子采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）低了（le）加工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個大功率（lǜ）電機（jī）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（shū）入（rù）電壓，但是不增（zēng）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率變頻器（qì）聯合（hé）供電，這樣（yàng）設計降低了電機的供電電壓和使用的（de）變頻器容量，從（cóng）而降（jiàng）低成本。每個模塊（kuài）電機都具有一套獨立的控（kòng）製係統（tǒng），大大提升了電機控製（zhì）的自由度，球（qiú）磨機（jī）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（zài）結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設（shè）計研（yán）發的隨動式結構，將整圓的定子（zǐ）分成若幹個相互存在間隙的小（xiǎo）扇形塊，通（tōng）過機械結構設計，確定了（le）一種（zhǒng）無（wú）論球磨機轉筒是（shì）否震動或偏心，定（dìng）子塊始終（zhōng）跟隨轉筒運動從而保持定子（zǐ）與轉子間隙恒定的結構。本產品通過（guò）機械結構設計保（bǎo）證（zhèng）定子與轉子間的間隙恒定，電（diàn）機不（bú）會（huì）發生掃膛現象，因此電機的氣隙可（kě）以設計（jì）的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大（dà）幅降低電機永磁（cí）體用量，降低生產成本，節約稀土資源（yuán），節能用電量（liàng）。當模（mó）塊發生故（gù）障時，直接拆（chāi）卸故障電（diàn）機，更換新的模塊電（diàn）機即可正常運行。使用本產（chǎn）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（yòng）隨動式永磁直驅電機概（gài）述
本產品的隨動（dòng）式定子結（jié）構構成一種“小車（chē）結構”，滾（gǔn）筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影（yǐng）響車輪與地麵貼（tiē）合，即滾筒（tǒng）偏心浮動不（bú）影（yǐng）響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機（jī）因（yīn）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、氣隙不均勻時，仍能正常（cháng）運轉，保證磨機始終運行在性能（néng）狀態，不必（bì）停機檢修。同時電（diàn）機定子與轉子間的間（jiān）隙也可以做的更小，減少永磁體用量（liàng），並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電（diàn）機（jī）的定子為隨動（dòng）式結構,基於模塊化永磁直驅電（diàn）機（jī），采用獨立的扇形定子塊結（jié）構，其（qí）隨動原理是在（zài）定子（zǐ）塊的軸向兩側安裝滾輪且（qiě）滾輪貼（tiē）合滾筒來確定定子與（yǔ）轉子間的間隙，定子塊（kuài）徑（jìng）向外側設有與支撐框架相連的彈性機（jī）構（gòu）。彈性機構在球磨機滾筒不（bú）偏心時處（chù）於半（bàn）壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂定子塊上安裝的滾輪，進（jìn）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（tǐ）對其向上的吸引力的同時，定子塊（kuài）上的彈性機（jī）構將其向上頂，保證下方定子塊的滾（gǔn）輪依然貼合轉筒外表（biǎo）麵，使定子塊跟（gēn）隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移（yí）動，從而保證定子（zǐ）、轉子（zǐ）之間的間隙不變。球（qiú）磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子（zǐ）塊在受到永磁（cí）體對其向下的吸（xī）引力（lì）的同時（shí），彈（dàn）性機構（gòu）將上方其向下（xià）壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈（dàn）性裝置的（de）壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置（zhì）不同的（de）壓（yā）力,避（bì）免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較（jiào）快。
本產（chǎn）品將永磁電機采（cǎi）用模塊（kuài）化控製，根據不同功率的電機設計采用不同（tóng）個數的隨動式定子塊構成一（yī）台模塊電機（jī），一台整圓（yuán）電機由多台模塊（kuài）電機構成,多台模塊電機共用（yòng）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（dòng）式（shì）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周方向的限位。球磨機滾（gǔn）筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子（zǐ）鐵心及磁鋼（gāng）。
本產品（pǐn）的隨動式定子塊安裝拆（chāi）卸十分便捷，隻需要（yào）沿（yán）球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構（gòu）、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架（jià），即可將定子塊沿徑向拉出，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（dòng）係統的優點
現（xiàn）階段大多（duō）數的球（qiú）磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進行驅動。永磁同（tóng）步電機與感應電機相比優勢是它有（yǒu）較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節（jiē）約了能源。永磁電（diàn）機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難（nán）。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原（yuán）因。
采（cǎi）用永（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（zhí）驅係統的傳（chuán）動效率將提（tí）升至少20%。球磨機（jī）直驅係統的（de）傳動（dòng）效率不僅得到大幅提升，而（ér）且直驅係統（tǒng）的故障率低，維護（hù）檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙（wū）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（xiàng）當於把（bǎ）一個大功率電機做成（chéng）了多個小功率電機。模塊（kuài）化電機的控製技術可以實現降低大功率電（diàn）機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機的輸入（rù）電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電（diàn）機采用多台小功（gōng）率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供（gòng）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（gōng）況時,完（wán）全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致（zhì）電（diàn）機合成磁動勢發（fā）生（shēng）畸變，諧波含量增加，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（shè）計，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由度,可以利（lì）用其多電機結構和控製靈（líng）活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸（xiè）故障電機更換新的模（mó）塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊（kuài）數，也可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）不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因（yīn）加工誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心（xīn）現象，偏心（xīn）嚴重時還（hái）會（huì）造成電機掃膛損壞電機（jī），實際生產中（zhōng）常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高（gāo）電機製造成本。隨動式定（dìng）子結（jié）構（gòu）的模塊電機，能在轉筒偏心時保證（zhèng）定（dìng）子與轉子之間（jiān）的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用（yòng）量，電機（jī）不會發生掃膛現象，同時因為該（gāi）隨動式定子結（jié）構在偏（piān）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（qiú）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（qiú）磨機裝配示意圖
二（èr）、永磁直驅立（lì）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（zhì），實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差（chà）。遇到突發事件（jiàn），調整（zhěng）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（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，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係（xì）統（tǒng）因（yīn）三相感應電機（jī）無法（fǎ）在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電（diàn）機起動過程不對（duì）電網造成過大的衝擊，需增（zēng）加軟起動裝置。三相感應電機起動（dòng）後，通過減速器（qì）滿足係統轉矩需要，整個係（xì）統構（gòu）成（chéng）複雜，係統運行的輔助設備很多。直（zhí）驅係統由變頻控（kòng）製係統控製永磁同步電（diàn）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。
(3）變頻器軟起動，起動（dòng）過程（chéng）隨（suí）意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到（dào）起動（dòng）條件後，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（chéng）需要盤車（chē）係統，將轉速（sù）提高到三相感應電機起動條件（jiàn）。直驅係統（tǒng）直接變頻低速起動，係統直接運（yùn）行，係統控製簡單（dān）。變頻控製起（qǐ）動過程（chéng）可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需（xū）求（qiú）。低速可過載輸出（chū），滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速（sù）器，維護成（chéng）本更（gèng）低,維護次數少
係統各構成單元均（jun1）需要時（shí）常檢查和定期維（wéi）護，傳統係統構成單元多。同（tóng）時立磨減速器結構複雜需要經（jīng）常維護（hù），維護成本（běn）費用高。同時係統無（wú）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（chéng）單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動（dòng），控製方便。係統內無減速器（qì），無需額外進行維護，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（jìn）行係統維護。
(5）傳（chuán）動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取（qǔ）代傳統驅（qū）動係統年節（jiē）電量達181萬（wàn）元（yuán）。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨（mó）機直驅（qū）係統相（xiàng）同，這裏（lǐ）不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承（chéng）與壓力軸承上進行突（tū）破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生（shēng）產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有（yǒu）很強的實用（yòng）型。
針對大、中、小型不（bú）同（tóng）尺（chǐ）寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁（cí）電機，代替傳（chuán）統的減速機與三相異步電動機（jī），永磁直驅（qū）電（diàn）機具有雙（shuāng）向載荷機構與不同的放置位（wèi）置，均能達（dá）到扶（fú）正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦用球（qiú）磨（mó）機 
