1、技（jì）術背（bèi）景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電（diàn）動機、聯（lián）軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行（háng）驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大（dà）等問題。
沈（shěn）陽工業大學電機與控製技術研究所與河南全新機電設備有限公司聯（lián）合設計研（yán）發的（de）球磨機、立磨機采用永磁直驅（qū）電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳（chuán）輸的中間環（huán）節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了（le）電機的效率與功率因（yīn）數，具有節能、起動（dòng）轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程（chéng）度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模（mó）塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工、製（zhì）造（zào）、運輸等難度（dù），還相當於（yú）把一（yī）個大功率（lǜ）電機做成了（le）多個小功（gōng）率電機（jī）。模塊化電機的控（kòng）製技術可以實現降低大功（gōng）率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不（bú）必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小（xiǎo）功率（lǜ）變頻器聯合供電（diàn），這樣設計降低（dī）了（le）電機的供電電壓（yā）和（hé）使（shǐ）用的（de）變頻器（qì）容量，從而降低成本。每個（gè）模塊電機（jī）都具有一套獨立的控製係統，大大提（tí）升了電機控製的自由度，球磨（mó）機（jī）運行在輕載工況時，完全可（kě）以（yǐ）隻運行部分模塊電機驅（qū）動（dòng）球磨機。
在結構方（fāng）麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的（de）隨動式結（jié）構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小（xiǎo）扇形塊，通過機械結構設計，確（què）定了一種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）持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構（gòu）設計保證定子與轉子間的間隙（xì）恒定（dìng），電機不會（huì）發（fā）生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的（de）小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生（shēng）產成本，節約稀土資源，節能用電（diàn）量。當（dāng）模塊發生故障時，直接拆卸（xiè）故障電機（jī），更換新的模塊（kuài）電機即可正常運（yùn）行。使用本產品（pǐn）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（shì）永磁直驅電機概述
本產品的（de）隨動式（shì）定子結構構成一種“小車結構（gòu）”，滾筒（tǒng）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，公路的起伏不影響車輪與地麵貼（tiē）合，即（jí）滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子（zǐ）間隙恒定，在球磨機因裝配（pèi）誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動（dòng）等原因造成（chéng）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能狀態，不必停機檢修。同（tóng）時電機定子與轉子（zǐ）間的間隙也可以做的更（gèng）小，減少永磁體用（yòng）量，並且因為隨（suí）動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產（chǎn）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（xíng）定子塊結構，其隨（suí）動原理是在（zài）定子塊（kuài）的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定（dìng）子塊徑向外側設有與支撐框（kuàng）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態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會（huì）向上頂（dǐng）定子塊上安裝的滾輪，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（dào）永磁體對其向上的吸引力的同時，定子（zǐ）塊上的（de）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，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周（zhōu）方（fāng）向的移動，從而（ér）保（bǎo）證定子、轉子之間的（de）間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向（xiàng）下波動，則上（shàng）方定（dìng）子塊在受（shòu）到（dào）永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機（jī）構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可（kě）調，對（duì）於不同位置的定子塊設置不同的壓（yā）力,避免（miǎn）因彈性裝（zhuāng）置設置的壓力過大造成滾輪或（huò）轉筒磨（mó）損較快。
本產品將（jiāng）永磁電機采用模塊化控製，根據不同功（gōng）率的電機設計采用不同個數的隨（suí）動式定子塊構成一台（tái）模塊電機，一台整圓電機由多（duō）台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉（zhuǎn）子，模塊電機包繞式安裝在（zài）球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定（dìng）在支撐框架（jià）上的擋板來對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（yú）支撐安裝（zhuāng）電機轉子鐵心及磁鋼。
本（běn）產品的隨動式定子（zǐ）塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的（de）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（xìng）機構支撐架，即可（kě）將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或（huò）更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機（jī）的電（diàn）機驅動係統的優點
現階段大多數的（de）球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結（jié）構進行驅動。永磁同步電機與感（gǎn）應電（diàn）機相比（bǐ）優勢是（shì）它有（yǒu）較高的效率和（hé）功率因數，損耗（hào）大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調（diào）速，電（diàn）機運行平穩，係（xì）統響應速（sù）度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁（cí）電機應用（yòng）越來越廣泛的原因。
采用永（yǒng）磁直驅，取消了中間的減速（sù）機、聯（lián）軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至（zhì）少（shǎo）20%。球磨機（jī）直驅係統的傳動效（xiào）率不僅得到大幅提升（shēng），而且直驅係統的故障率低（dī），維護檢修（xiū）方便，還避免了傳統（tǒng）設備（bèi）因漏油造成環境汙染。
由於本產（chǎn）品電機（jī）定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低（dī）了加工，製（zhì）造，運輸（shū）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（jì）術（shù）可（kě）以實現降低大功率電機的輸入電壓，但（dàn）是不（bú）增加電機（jī）的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模（mó）塊化電機（jī）采用（yòng）多台小功率變頻器聯合供電。這樣設（shè）計降低（dī）了電機的供電電壓和使（shǐ）用（yòng）的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在（zài）輕載工況時,完全可以隻運行部分（fèn）模塊（kuài）電機（jī）驅動球磨（mó）機。
傳（chuán）統電機故障（zhàng）時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含（hán）量增加，平均轉矩下（xià）降，轉矩波動顯（xiǎn）著增加，無法繼續正常運（yùn）行。而本產品進行了模塊化設計（jì），每個模塊電機都具有一套獨立（lì）的控製係統，大大（dà）提升了電機控製的（de）自由度,可以利用其（qí）多電機（jī）結（jié）構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸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數，也可切除故障子模塊而（ér）控製其餘正常子模塊降額運行（háng）。使用本產（chǎn）品完全不會因電機發生故（gù）障而影響到生產工期。
球（qiú）磨機因（yīn）加工誤（wù）差、軸承（chéng）磨損、滾（gǔn）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（shí）還（hái）會（huì）造成電機掃膛損壞電機，實際生產（chǎn）中常常通（tōng）過增加氣隙大（dà）小來預防掃膛，而氣隙增大會導（dǎo）致永磁體用量（liàng）增加（jiā），提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做（zuò）的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，電機不（bú）會發生掃膛現象，同時（shí）因為該（gāi）隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更（gèng）長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢（jiǎn）修次數就是提高生產（chǎn）效率。
4、隨動（dòng）式球磨機裝（zhuāng）配示（shì）意圖
二、永磁直驅（qū）立磨技術
1、立磨直驅（qū）對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工（gōng）況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突（tū）發事件，調（diào）整磨鞮高度來改變（biàn）係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用（yòng）變（biàn）頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了（le）速（sù）度調（diào）節以快速適應係統工作環境，係統反應（yīng）速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統（tǒng）因三相感應電（diàn）機無法在低速實現大轉矩（jǔ）輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的（de）低速起動（dòng）。為保證在電機起動過程不（bú）對電網（wǎng）造成過大的衝擊，需增加軟起動（dòng）裝置。三相感應電機起動後，通過減速器（qì）滿足係統（tǒng）轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控（kòng）製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減（jiǎn）速器，輔助（zhù）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（gǎn）應電機達到起（qǐ）動條件後，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。在（zài）低速過程需要盤車係統，將轉速提（tí）高到三相感應電機起（qǐ）動條件。直（zhí）驅係統直接變頻低速起動，係統直接運（yùn）行，係統控製（zhì）簡單。變頻控製起動過（guò）程可根據實際工況進行調整（zhěng），以滿足各（gè）種工（gōng）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（wú）減速器，維護（hù）成本（běn）更低（dī）,維護次數少
係統各構成單元均需要時（shí）常（cháng）檢查（chá）和（hé）定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經（jīng）常維護，維護成本費用高。同時係（xì）統無法實現在低速運行的情況下進行係統（tǒng）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。係統內無（wú）減速器，無需額外進行維護，係（xì）統維護成本低。同時，係統可（kě）實現在電機低速運（yùn）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（zhí）驅永磁電機取代（dài）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（jī）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（zài）立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破（pò），通過設計一種雙向載（zǎi）荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運（yùn）輸、裝（zhuāng）配（pèi）、維修，並降低成本,在（zài）工程（chéng）實際中具（jù）有很強的實用（yòng）型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種（zhǒng）立（lì）磨專用永磁電機，代替（tì）傳統的減速機與三相異（yì）步電動機，永磁直驅電（diàn）機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護（hù），節省成本。均已申請（qǐng）專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
