1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導（dǎo）致（zhì）球磨（mó）機的（de）傳動係統（tǒng）存在機械傳動（dòng）鏈冗長、效率低（dī）、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南全新（xīn）機（jī）電設備有限公司聯合設計研發的（de）球磨機、立磨機（jī）采用永磁直驅電機,通過（guò）將電動（dòng）機與機械結構進行機電一體化設（shè）計，取消動力傳輸的中間環節，做成（chéng）直驅方案，能直接滿足荷載的（de）需求，省去傳統磨機的減速機（jī），顯著提高了電機的效率與功（gōng）率因（yīn）數，具有節能、起動（dòng）轉矩大、過載能力強、係（xì）統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化（huà）設計，不僅降低了加工、製（zhì）造、運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個大功（gōng）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（de）輸入電壓，但是不增加電機（jī）的（de）輸入電流，電機不必采用高等級（jí）絕（jué）緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計（jì）降低了電機（jī）的（de）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）具有一套獨立的（de）控製（zhì）係統，大大提升了電機控製的自（zì）由度，球磨機運行在輕載工況時（shí），完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方（fāng）麵，本（běn）產品電（diàn）機的定子采用了一種自主設計研發（fā）的隨動式結構，將整圓的（de）定子分成若幹個（gè）相（xiàng）互存在間隙的小扇（shàn）形塊，通過（guò）機械結構設計，確（què）定（dìng）了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始（shǐ）終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子（zǐ）與轉子間的間隙（xì）恒定，電機不會發生掃膛（táng）現象，因此（cǐ）電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁（cí）體用（yòng）量，降低（dī）生產成本，節（jiē）約稀土資源，節能用電量。當模塊發生（shēng）故障時，直接拆卸故障（zhàng）電機，更換新的模塊電（diàn）機即可正常運行。使用本產品完（wán）全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球（qiú）磨（mó）機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在公路行駛，公路（lù）的起伏（fú）不影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒（héng）定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形（xíng）變、重載（zǎi）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（zhèng）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間的間隙也可以做的更（gèng）小，減少永（yǒng）磁體（tǐ）用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊（kuài）化永磁（cí）直驅（qū）電機（jī），采用獨立的（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（jī）滾筒（tǒng）不（bú）偏心時（shí）處於半（bàn）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，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁（cí）體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將（jiāng）其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵（miàn），使定子塊跟隨（suí）轉（zhuǎn）筒波（bō）動而進行徑向與圓周方向的移動（dòng），從而保（bǎo）證定子、轉子之間的間（jiān）隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向下（xià）的吸引力（lì）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（xìng）裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的（de）壓力（lì）,避免因彈性裝置設置的（de）壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永（yǒng）磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用（yòng）不同個數（shù）的隨動式定子塊構成一台模塊電（diàn）機，一（yī）台（tái）整圓電（diàn）機（jī）由多台模塊電機構成,多台（tái）模塊電機共（gòng）用同一個轉子，模塊電機包繞式（shì）安裝在球磨機滾筒上。相（xiàng）鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐（chēng）框架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（fǎ）蘭處銜接T型支撐板,用於支撐（chēng）安裝電機（jī）轉子（zǐ）鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機（jī）的徑向依次（cì）拆（chāi）卸密（mì）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（háng）檢修或更（gèng）換新的定子塊。
3、采（cǎi）用本產品（pǐn）代（dài）替傳（chuán）統磨機的電（diàn）機（jī）驅動係統的（de）優點
現階段大多數的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構進行驅動。永磁同（tóng）步電機與感應電（diàn）機（jī）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。永磁電機通過（guò）變（biàn）頻器進行調速，電機運（yùn）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電機應用越來越廣泛的原因。
采用（yòng）永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸（zhóu）器、及齒輪（lún）的傳動環（huán）節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至（zhì）少20%。球磨機直驅係（xì）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（xiū）方便，還避免（miǎn）了傳統設備（bèi）因漏油造成環境汙染。
由於本產（chǎn）品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造（zào），運輸（shū）等難度，還相當於把一個大功（gōng）率電機做成了多個小功率電（diàn）機。模塊化電機的控製技（jì）術（shù）可以實現降低大功（gōng）率電（diàn）機的（de）輸入電（diàn）壓，但是不增加電機的輸（shū）入電流，電機不必采（cǎi）用高等（děng）級絕緣，模塊化電機采（cǎi）用多台（tái）小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的（de）供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕（qīng）載工況時,完全（quán）可以隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電（diàn）機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼（jì）續正常運行。而（ér）本產品進行了模塊化設計，每個模塊（kuài）電機都具有（yǒu）一套獨（dú）立的控製係統，大大（dà）提升了電機控製的自由（yóu）度,可以利用其多電機結構和控製（zhì）靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電（diàn）機更換新的模塊電機即（jí）可正常運行。模塊化電（diàn）機具有冗餘的模塊數，也可切除（chú）故（gù）障子模塊而控製其（qí）餘正（zhèng）常子模塊降額運行。使用本產品完（wán）全不會因電機發（fā）生故障而影響到生（shēng）產工期。
球磨機因加工誤（wù）差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變或重載產生震（zhèn）動（dòng）等因素會發生轉子偏心現象，偏（piān）心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生（shēng）產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛（táng），而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造（zào）成本。隨動式定子結構的模塊電（diàn）機（jī），能（néng）在轉筒偏心時保證（zhèng）定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更（gèng）小（xiǎo），減少（shǎo）永磁體用量，電機不會發（fā）生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏（piān）心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積（jī）球磨機檢修（xiū）複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式（shì）球磨機裝配示意圖
二、永磁（cí）直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於（yú）傳統感應（yīng）電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性（xìng）
傳統（tǒng）立磨（mó）速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高（gāo）度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步（bù）電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾（niǎn）高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環（huán）境，係統（tǒng）反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性（xìng）高
傳統係統因三相感應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動。為（wéi）保證在電機起動（dòng）過程不對電網造成過大（dà）的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要（yào），整個係統構成複雜，係（xì）統運行的輔助設備很多。直驅係統（tǒng）由（yóu）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，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡（jiǎn）單。
(3）變（biàn）頻器（qì）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（gǎn）應電機達到起動條件（jiàn）後，軟起動裝置起動三相感應電機（jī），係（xì）統（tǒng）運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸（shū）出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直（zhí）接變頻低速起動（dòng），係統直接運行，係統控製簡單。變頻（pín）控製（zhì）起動過程可根據實際工況進行調整，以（yǐ）滿足各種（zhǒng）工況的需求（qiú）。低速可過載輸出，滿足起（qǐ）動需（xū）要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維（wéi）護（hù）次數少
係統各構成單元均需（xū）要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結（jié）構複雜需要經（jīng）常（cháng）維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低（dī）速運行的情（qíng）況下進行係統維護。直驅係統構（gòu）成（chéng）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（nèi）無減速器，無需額外（wài）進行（háng）維護，係統維護成本（běn）低。同時，係統可實現在電機低速運行情況（kuàng）下進行係統（tǒng）維（wéi）護。
(5）傳（chuán）動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機（jī）取代傳統驅動係統年節電量（liàng）達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤（kūn）磨機直（zhí）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（mó）結構示意圖
本新（xīn）型立磨結構采用永磁直驅電機驅（qū）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、生產、運輸、裝配、維修，並（bìng）降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不（bú）同尺寸的（de）立（lì）磨，分別設計了三種立磨專用永（yǒng）磁電機，代替傳統的減速機與三相異步（bù）電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能（néng）達到扶正與承（chéng）壓（yā）的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本（běn）。均已申請專 利。
永磁直驅礦用（yòng）球磨機 
