1、技術背景
傳（chuán）統的球磨機、立磨機大都（dōu）采用三相異步電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係（xì）統存在機械傳動（dòng）鏈冗長、效率低、機構複（fù）雜、運行（háng）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機電設備有限公司聯合設（shè）計研發的球磨機、立磨機采（cǎi）用永磁直驅（qū）電機,通過（guò）將電動機與機械結構進行機（jī）電一體化（huà）設計，取消（xiāo）動力傳輸的中間環節，做成直（zhí）驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯（xiǎn）著提（tí）高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強（qiáng）、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（huà）設計（jì），不僅降低了加（jiā）工、製造、運輸等（děng）難度，還相（xiàng）當於（yú）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術可以實現降低大功率電機的（de）輸入電壓，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（huà）電機采用多台小功率變頻器（qì）聯合供電，這樣設計降低了電機的供電（diàn）電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模（mó）塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製係統，大大（dà）提升了電（diàn）機控製的自由度，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（shè）計研發的隨動式結構（gòu），將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論（lùn）球（qiú）磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而（ér）保持定子與轉子間隙恒定的結構（gòu）。本產品通過機械結構（gòu）設計保證定子與轉子（zǐ）間（jiān）的間隙恒定，電機不會發生掃（sǎo）膛現象，因此電機的（de）氣隙可（kě）以（yǐ）設計（jì）的比普通永（yǒng）磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用（yòng）電量。當模塊發生故障時，直接拆（chāi）卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行（háng）。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工（gōng）期。
2、球磨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（lù），定子塊（kuài）就像汽車。滾輪（lún）貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相當於汽（qì）車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保（bǎo）證定子、轉子間隙恒（héng）定，在球磨機（jī）因裝配誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變、重載震（zhèn）動（dòng）等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍（réng）能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢（jiǎn）修（xiū）。同時電機定子與轉子間的間隙也可（kě）以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發（fā）生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且（qiě）滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定（dìng）子塊（kuài）徑向外側設有與支（zhī）撐框（kuàng）架相連的（de）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（rú）果（guǒ）球磨機滾筒向上波（bō）動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動（dòng）定子塊向（xiàng）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（de）同時，定子塊上的（de）彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的（de）滾輪依然（rán）貼合轉筒外表麵，使（shǐ）定子塊跟隨（suí）轉（zhuǎn）筒波動而進行（háng）徑向（xiàng）與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變（biàn）。球（qiú）磨機滾筒向下複位或繼續向下波動（dòng），則上方定子塊在受到永磁（cí）體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓（yā）,下方定子塊被轉（zhuǎn）筒向下壓。
本（běn）產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的（de）定子塊設置不同的壓力,避（bì）免因彈性裝置設置的壓力過大造（zào）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（zhì），根據不同功率的電機設計（jì）采用不同個數的隨動式（shì）定子塊構成（chéng）一台模塊電機（jī），一（yī）台整圓（yuán）電機由多台模塊電機構成,多台模（mó）塊電機共用同一個轉子，模塊（kuài）電機包繞式安裝在（zài）球磨（mó）機滾筒上（shàng）。相鄰隨動式定（dìng）子塊間（jiān）設有固定在支撐框架上的擋板（bǎn）來對定子塊進行圓（yuán）周（zhōu）方向的限位。球磨機滾筒的（de）法蘭處（chù）銜（xián）接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
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、彈性機構支撐架，即（jí）可將定子塊沿徑向拉出，進（jìn）行檢修或（huò）更換新的定（dìng）子（zǐ）塊（kuài）。
3、采（cǎi）用本產品代替傳統磨機的電機驅（qū）動係統的優點
現（xiàn）階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動（dòng）機（jī）、聯軸器、減速裝置以及（jí）齒輪（lún）結構進（jìn）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（xiào）率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。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（xiàng）對（duì）困難。這（zhè）些也是近（jìn）年來永磁電（diàn）機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消（xiāo）了中（zhōng）間的減（jiǎn）速（sù）機（jī）、聯軸器、及（jí）齒（chǐ）輪的（de）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（qiú）磨機直（zhí）驅係統的傳動（dòng）效率不僅得（dé）到大幅（fú）提（tí）升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳（chuán）統設備因漏油造（zào）成環境汙染。
由於本產（chǎn）品電機定子采用（yòng）了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於（yú）把一個大功率電機做成了多個小功（gōng）率（lǜ）電機。模塊化電機的控製技術可以實（shí）現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電機的（de）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（zài）輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅（qū）動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電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（bō）動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個（gè）模（mó）塊電機都具有一套獨立的（de）控製係統，大大提升了電（diàn）機控製的自（zì）由度,可以利用其多電機結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（mó）塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工（gōng）誤差（chà）、軸承磨（mó）損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉（zhuǎn）子偏（piān）心現象，偏心嚴重時還（hái）會造成電機掃膛損壞電（diàn）機，實際（jì）生產中常常通過（guò）增加氣隙大小來預（yù）防（fáng）掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量（liàng）增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的（de）模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與（yǔ）轉子之間的間隙恒定，可將氣（qì）隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時（shí）因為該隨（suí）動式定（dìng）子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次（cì）數更少，工（gōng）作時（shí）間更長，大（dà）體積球磨機（jī）檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產（chǎn）效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永（yǒng）磁直驅立磨技術
1、立磨（mó）直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力（lì）差。遇到突發事件，調整磨鞮高度（dù）來改（gǎi）變係統工作環境（jìng），係統反應速度慢。永磁同步電機采用（yòng）變（biàn）頻調速，適應工（gōng）況能力（lì）強（qiáng）。遇（yù）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（tǒng）反應速度（dù）更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相（xiàng）感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的（de）盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電（diàn）機（jī）起動過程不對電網造成過大的衝擊，需（xū）增（zēng）加（jiā）軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減（jiǎn）速器滿足係統轉矩需要，整（zhěng）個（gè）係統構成複雜，係統運行的輔助（zhù）設備很多。直驅（qū）係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉（zhuǎn）矩特性滿（mǎn）足（zú）需要，無需（xū）盤車係統和減速器，輔助係統（tǒng）少，結構簡單。
(3）變（biàn）頻器軟起動，起（qǐ）動過程隨意設定
傳（chuán）統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應（yīng）電機達到起（qǐ）動（dòng）條件後（hòu），軟起動裝（zhuāng）置起動三相感應電機，係統運行。係統（tǒng）控（kòng）製複（fù）雜，低速（sù）無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提（tí）高到（dào）三相感應電機起（qǐ）動條件。直（zhí）驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控（kòng）製起動過程可根（gēn）據實（shí）際工況進行調整，以（yǐ）滿足各種工況的需求（qiú）。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維（wéi）護成本更低,維護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護（hù），傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複（fù）雜需要經常維護，維（wéi）護成本（běn）費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行（háng）係統維護。直驅係統構成單（dān）元簡單，變頻器控製永磁同步電機直（zhí）接驅動，控製（zhì）方便。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（xì）統可（kě）實現在電機低速運行情況下進（jìn）行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅（qū）永磁電（diàn）機取代傳統驅動係統年（nián）節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨機直驅（qū）係統的優勢與球磨機直（zhí）驅係統相同，這裏（lǐ）不再（zài）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（xiào）率。在立磨扶正軸承與壓力軸（zhóu）承上進行突破，通過設計（jì）一種雙向載荷扇形（xíng）模塊機構替代大直徑軸承，方便（biàn）加工、生產、運輸、裝（zhuāng）配、維修，並降低成本,在工程實際中具有（yǒu）很強的實（shí）用型（xíng）。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設（shè）計（jì）了三種立磨專用永磁電機，代（dài）替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁（cí）直驅電機具有雙向載荷（hé）機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用（yòng），並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨（mó）機 
