1、技術背景
傳統的（de）球磨機、立磨（mó）機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）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傳動鏈冗（rǒng）長（zhǎng）、效率低、機構複雜、運行維護工作（zuò）量大等問題。
沈陽工（gōng）業大學電機與控製技術研究（jiū）所與河南91视频网機電設備有限公（gōng）司聯合（hé）設計研發的球磨機（jī）、立磨機采用永磁直驅電機,通過（guò）將電動機（jī）與機械結構進行（háng）機（jī）電一體化設計，取消動力傳輸的中間環（huán）節，做成（chéng）直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著（zhe）提高了（le）電機的效率與功（gōng）率因數，具有節能、起動轉矩大、過（guò）載能力強、係統免維護、自動化（huà）程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設（shè）計，不僅降低了加工、製造（zào）、運輸等難度，還（hái）相當於把一個大功率電機做成了多個（gè）小功率電機（jī）。模塊化電機的（de）控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓（yā），但是不增加電機的輸（shū）入電流，電機不必采用高等（děng）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（dī）了電機的供電電壓和（hé）使用的（de）變頻（pín）器容量，從而降低成（chéng）本。每個模（mó）塊電機（jī）都具有一（yī）套獨立的控製係統，大大提升了（le）電機控製的自（zì）由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊電（diàn）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（zì）主（zhǔ）設計研發的隨（suí）動（dòng）式結構（gòu），將（jiāng）整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設（shè）計，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子與（yǔ）轉子間隙（xì）恒定的結構。本產品通過機械結構（gòu）設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機（jī）不（bú）會發生掃膛（táng）現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從（cóng）而大幅降低（dī）電機永磁體用量，降（jiàng）低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時（shí），直接拆卸故（gù）障電機，更換（huàn）新的模塊電機（jī）即可正常運行。使用本產品完全不（bú）會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工（gōng）期。
2、球磨機專用隨動式永磁直（zhí）驅電機概（gài）述
本產品的隨動式定子結（jié）構構成一種“小車（chē）結構”，滾筒就像公（gōng）路，定子（zǐ）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（bú）影響（xiǎng）車輪（lún）與地（dì）麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響（xiǎng）滾輪貼合（hé）滾（gǔn）筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球（qiú）磨機因裝（zhuāng）配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重（chóng）載震動等原因造成電機偏心、氣隙（xì）不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子（zǐ）間的間隙也可以做的（de）更小，減（jiǎn）少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電（diàn）機不會發生掃膛現（xiàn）象。
本產品電機的定子為（wéi）隨動式（shì）結（jié）構,基於模塊化永磁（cí）直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動（dòng）原理是在定子塊的軸向兩（liǎng）側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來（lái）確定定子與轉子間的間（jiān）隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機（jī）構。彈性機構在球磨機滾筒（tǒng）不偏心（xīn）時處於半壓縮（suō）狀態,如（rú）果球磨機滾筒向上波動，轉（zhuǎn）筒會向上頂定（dìng）子塊上安裝（zhuāng）的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性（xìng）機構將其向（xiàng）上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合（hé）轉筒（tǒng）外表麵，使定子塊（kuài）跟隨轉筒波動而進行徑向與圓（yuán）周（zhōu）方向的移動，從而保證定子（zǐ）、轉子之（zhī）間的間隙（xì）不變。球磨機滾（gǔn）筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向（xiàng）下的（de）吸引力的（de）同時，彈性機（jī）構將（jiāng）上方其（qí）向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品（pǐn）彈（dàn）性（xìng）裝置（zhì）的壓力大小（xiǎo）可（kě）調，對於不同位置（zhì）的定子塊設（shè）置不同的壓力,避免因彈性裝置（zhì）設置的壓（yā）力過大造成滾輪（lún）或轉筒磨損（sǔn）較快。
本產品將永磁電機采用模（mó）塊化控製，根據不（bú）同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成（chéng）一台模塊電（diàn）機，一台（tái）整（zhěng）圓電（diàn）機（jī）由多台（tái）模塊電機構成,多台模（mó）塊電機共用同一個轉子，模塊電（diàn）機包繞式安裝在球磨機滾筒上（shàng）。相鄰隨動式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（qiú）磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐（chēng）板,用於支撐安裝電機轉子鐵（tiě）心及磁鋼。
本產品（pǐn）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、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構（gòu）支撐架，即可將定子塊沿徑（jìng）向拉出，進行檢修或更換新的定（dìng）子塊（kuài）。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的（de）優（yōu）點
現階段大多數的球磨機仍采用三（sān）相感應電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機（jī）與感應電機相比優（yōu）勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通（tōng）過變頻器進行調速（sù），電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁（cí）電（diàn）機應用越來越廣泛的原（yuán）因。
采用永磁直（zhí）驅，取消了（le）中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動（dòng）環節，縮短係（xì）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，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳（chuán）統（tǒng）設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電（diàn）機定子采用了模塊化設計，不僅降低（dī）了加工，製造，運輸等難度，還（hái）相當於把一個大功率（lǜ）電機做成了多個小功率電機。模塊化電機（jī）的控製技術（shù）可以實現降（jiàng）低大功（gōng）率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸（shū）入電流，電機不必采用高（gāo）等（děng）級絕緣，模（mó）塊化電（diàn）機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了（le）電（diàn）機的供電（diàn）電壓和使用的（de）變頻器（qì）容（róng）量，從而降低成本。球（qiú）磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分（fèn）模塊電機驅動球磨（mó）機。
傳統電機故障時（shí），會導致電機（jī）合成磁動勢發生畸變，諧（xié）波含量增加（jiā），平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本（běn）產品進（jìn）行了模塊化（huà）設計，每個模塊電機都具有（yǒu）一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機（jī）結構（gòu）和控製靈活的優勢，在發生（shēng）故障時。可以直接拆卸故障電機（jī）更（gèng）換新的（de）模塊電（diàn）機即可正常運行。模塊化電機具有（yǒu）冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用（yòng）本產品完全不會（huì）因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨（mó）機因加工誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變或重載產生震動等因素（sù）會發生轉子偏（piān）心現象（xiàng），偏心嚴重時還會造成電機（jī）掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增（zēng）加氣隙（xì）大小來（lái）預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁（cí）體用量增加，提高電機（jī）製造成本（běn）。隨動式定子結構的模塊電（diàn）機，能在（zài）轉筒偏心時保證定子與轉子之間（jiān）的（de）間隙恒定，可將氣（qì）隙做的更（gèng）小，減少永磁體用量，電機（jī）不會（huì）發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結（jié）構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大（dà）體積（jī）球磨機檢修複雜（zá），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（cí）直驅立磨技術
1、立磨直（zhí）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（chuán）統（tǒng）立磨速度單一，工況適應能（néng）力差。遇到突發事件，調整磨鞮高（gāo）度來（lái）改變係統工作環境，係（xì）統反應速度（dù）慢。永磁同（tóng）步（bù）電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突（tū）發事（shì）件，除（chú）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（jìng），係（xì）統反應速度（dù）更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統（tǒng）係統因（yīn）三相（xiàng）感應電機無（wú）法在低速實現大轉矩輸（shū）出，需要額外的盤車係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。三相感應電機起動後（hòu），通過減速器（qì）滿足係統轉（zhuǎn）矩需要，整（zhěng）個係統構成複雜，係統運行的（de）輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控（kòng）製（zhì）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（sù）器，輔（fǔ）助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起（qǐ）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（xiàn）過載輸出。在低速過程需要（yào）盤車係（xì）統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低（dī）速起動，係統直接運行，係統控（kòng）製簡單。變頻控製起（qǐ）動過程可根據實際工況進行（háng）調（diào）整，以（yǐ）滿足各種工況的需求。低速可過載輸（shū）出（chū），滿足起（qǐ）動需（xū）要，取代盤車係統。
(4）無（wú）減速器，維護成本更低,維（wéi）護次數少
係統（tǒng）各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統（tǒng）係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行（háng）的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單（dān），變頻器控製永磁（cí）同步電機直（zhí）接驅（qū）動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護（hù）成本低。同時，係統可實現在電機低速（sù）運行情況（kuàng）下進行係統維護。
(5）傳動（dòng）效率高,節（jiē）能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統（tǒng）的優勢與球磨（mó）機直驅係統相（xiàng）同，這裏（lǐ）不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖（tú）
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率（lǜ）。在立磨（mó）扶（fú）正軸承與壓力軸（zhóu）承上進行（háng）突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直（zhí）徑（jìng）軸承（chéng），方便加工、生產、運（yùn）輸、裝配、維修，並降低成本,在（zài）工程實際中具有很強的實用（yòng）型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨（mó），分（fèn）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（bù）電動機（jī），永磁直驅電機（jī）具有（yǒu）雙向載荷機構（gòu）與不同的放置位置，均（jun1）能（néng）達到扶正與承壓的作用，並且方便製造（zào）、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦（kuàng）用球（qiú）磨機 
