1、技（jì）術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采（cǎi）用三相異（yì）步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致（zhì）球磨機的傳動（dòng）係統（tǒng）存（cún）在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護（hù）工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與（yǔ）控製技術研究所與河南全新機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用（yòng）永磁（cí）直（zhí）驅電（diàn）機,通過將電動（dòng）機與機械結構進行機（jī）電（diàn）一體化設（shè）計，取消動（dòng）力傳輸的中間環節，做（zuò）成直驅方案，能直接滿足荷（hé）載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提（tí）高了電機的效（xiào）率與功率（lǜ）因數，具有節能（néng）、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方（fāng）麵,本產品（pǐn）電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不僅降低了加工、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（huà）電機的控製技術可以實現降低（dī）大功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的輸入電流，電機（jī）不必（bì）采用高等級絕緣（yuán）。模塊化電（diàn）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頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具有一（yī）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時，完全（quán）可以隻運行部分（fèn）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主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若（ruò）幹個相（xiàng）互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是（shì）否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機（jī）械結構設計（jì）保證定子與（yǔ）轉子間的間隙恒（héng）定，電機不會發（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小很多，從而大幅降低（dī）電機永磁體用量，降低生產（chǎn）成（chéng）本，節（jiē）約稀土資源，節能用電（diàn）量（liàng）。當（dāng）模（mó）塊發生故障（zhàng）時，直接拆卸（xiè）故障電機，更（gèng）換新的模（mó）塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生（shēng）故障而影響到生產工期（qī）。
2、球磨機（jī）專用隨動式永磁直驅（qū）電機概述
本產品的（de）隨動式定子結構構成一種（zhǒng）“小車結構”，滾筒就像公路，定（dìng）子塊就像汽車。滾輪貼合（hé）滾筒旋轉相當於汽車（chē）在（zài）公路行駛，公路的起伏不影響車輪（lún）與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載（zǎi）震動（dòng）等原因造（zào）成電機偏心、氣隙不均（jun1）勻時，仍能（néng）正常運轉，保（bǎo）證磨機始終運行在（zài）性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的（de）間隙也可以做的更小，減少永磁體用量（liàng），並且因為隨動（dòng）式結構，電機不會發生（shēng）掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基（jī）於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子（zǐ）塊結構，其（qí）隨動原理是在定子塊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（jiān）隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構（gòu）。彈性機（jī）構在球磨（mó）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，轉筒會向上頂定（dìng）子（zǐ）塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊（kuài）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（qí）向（xiàng）上的吸（xī）引力的同時，定（dìng）子（zǐ）塊上的彈性機構將其（qí）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（tǒng）波動而進行徑向與圓周（zhōu）方向（xiàng）的移動，從而保證定子（zǐ）、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下（xià）複位（wèi）或繼續向下波動（dòng），則（zé）上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性（xìng）機構將（jiāng）上方其向（xiàng）下壓,下方（fāng）定子塊被轉筒向下壓。
本（běn）產品彈（dàn）性裝（zhuāng）置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或（huò）轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用（yòng）模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用（yòng）不同個數的隨動（dòng）式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多（duō）台（tái）模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安（ān）裝在球（qiú）磨機滾筒上（shàng）。相鄰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（jìn）行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板（bǎn）,用於支撐安裝電機轉（zhuǎn）子鐵心（xīn）及磁鋼。
本產品的隨動式定（dìng）子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要（yào）沿球磨機的徑向（xiàng）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出，進行檢修或更換新的定（dìng）子塊。
3、采（cǎi）用本產（chǎn）品代替傳統磨機的電（diàn）機驅動係統的優點
現階段大多（duō）數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯（lián）軸器、減（jiǎn）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，節約了能源。永磁（cí）電機通過變頻器進行調速，電（diàn）機運行（háng）平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對（duì）困難。這些也是近年來永（yǒng）磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中（zhōng）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（fú）提升，而且直驅（qū）係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設（shè）備因（yīn）漏油造成環（huán）境（jìng）汙染。
由於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，運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個大功率電機做（zuò）成了（le）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（shì）不增加（jiā）電（diàn）機的輸入（rù）電流，電機不（bú）必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多（duō）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（de）變（biàn）頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以（yǐ）隻運行（háng）部分模（mó）塊電機驅動球磨機（jī）。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生（shēng）畸（jī）變，諧波含量（liàng）增加，平（píng）均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運（yùn）行。而（ér）本（běn）產品進行了模（mó）塊化設計，每個模塊電機都具有（yǒu）一套（tào）獨（dú）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）結構和控製靈活（huó）的優勢，在發生故障（zhàng）時。可以直接拆卸故（gù）障（zhàng）電機更換新的模塊電機即（jí）可正常運行。模（mó）塊化（huà）電機具有冗餘的模塊數（shù），也可切（qiē）除故障（zhàng）子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行（háng）。使用（yòng）本產品完全不（bú）會因電機發生故障而影響到生產工期（qī）。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因（yīn）素（sù）會發生轉子（zǐ）偏心（xīn）現象，偏心嚴（yán）重時還會造成（chéng）電機掃膛損壞電機，實際生產中常常（cháng）通過增加氣隙大小來預防（fáng）掃膛，而氣隙增大會導致永磁體（tǐ）用量增加，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（piān）心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更（gèng）小，減少永磁體用量，電機（jī）不（bú）會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常（cháng）工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積（jī）球磨（mó）機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動（dòng）式球磨機裝配示（shì）意圖
二、永磁直驅立磨技術（shù）
1、立磨直驅對比於傳統感（gǎn）應電機的優點（diǎn）( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速（sù）度單一，工況適應能力差。遇到突發（fā）事件，調（diào）整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速（sù），適（shì）應工（gōng）況能力（lì）強。遇到突發事件，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（dù）更快。
(2）係統（tǒng）簡單,可（kě）靠性高
傳統係統因三相感應（yīng）電機無法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（qǐ）動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大（dà）的衝（chōng）擊，需增加軟起（qǐ）動裝置。三相感（gǎn）應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成（chéng）複雜，係統運行的（de）輔助設備（bèi）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，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟（ruǎn）起動，起動過程隨意設定
傳（chuán）統係（xì）統先由（yóu）低速盤車係統（tǒng）起動，待（dài）三相感應電（diàn）機達到（dào）起動條（tiáo）件後，軟起動裝置起動（dòng）三相感應（yīng）電機，係統運行（háng）。係統控製複雜，低速無法實現過載輸（shū）出。在低速（sù）過程（chéng）需要盤（pán）車係統，將轉（zhuǎn）速提高到三相感應電機（jī）起動條件。直驅係統直接變頻低速起（qǐ）動，係統直接運行，係統控製簡單。變（biàn）頻控製起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（chū），滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護（hù）次數（shù）少（shǎo）
係統各構成（chéng）單（dān）元均（jun1）需要時常檢查和定（dìng）期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器（qì）結構複雜需要經常（cháng）維護，維護成本費用高（gāo）。同時係統無法實現在低速運行的（de）情況下進（jìn）行係統維護。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）。係統內無減速器，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（háng）情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果（guǒ）明顯
綜上（shàng）采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節（jiē）電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨（mó）機直驅係統的優勢與球磨機（jī）直（zhí）驅係統相同，這裏不（bú）再一—贅述。
2、永磁（cí）直（zhí）驅立磨結構示意（yì）圖
本新型立磨結構采用（yòng）永磁直驅電機驅動,提高了（le）立磨效率。在立磨扶正軸承（chéng）與壓力軸承上進行突破，通（tōng）過設計一種雙向載荷扇形模塊機（jī）構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同（tóng）尺寸的立磨，分別設計（jì）了三（sān）種立磨專用永磁電機，代替傳統的（de）減（jiǎn）速機與三相異步電（diàn）動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同（tóng）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。均已申請專 利。
永磁直驅礦（kuàng）用球磨（mó）機 
