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（jī）、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長（zhǎng）、效率低、機構複（fù）雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大（dà）學電機與控製技術研究（jiū）所與河南全新機電設備（bèi）有限公司聯（lián）合（hé）設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過（guò）將電動機與機械結構進行機電一體化設計（jì），取消動力傳輸的中間環（huán）節，做成直驅方案（àn），能直接滿足荷載的需求，省去傳統（tǒng）磨（mó）機的減速機，顯著提高了電（diàn）機的（de）效率與功率因數，具有（yǒu）節能、起動轉矩大、過（guò）載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方（fāng）麵,本產品電機定子采用了（le）模塊化設（shè）計，不僅降低了加工（gōng）、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功（gōng）率電機做成（chéng）了多個小功（gōng）率電（diàn）機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大（dà）功率電機的輸（shū）入電壓（yā），但是（shì）不增加電機的輸（shū）入電流，電機不必采用高等級絕緣（yuán）。模塊化（huà）電機（jī）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電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采（cǎi）用了一（yī）種自主設（shè）計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間（jiān）隙（xì）的小扇形（xíng）塊，通過機械結構設計，確定（dìng）了一種無論球磨機轉筒是否震動或（huò）偏心，定子塊始終（zhōng）跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子（zǐ）間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子（zǐ）間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因（yīn）此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機（jī）的小（xiǎo）很多，從而大幅降低電機永磁體用（yòng）量，降低生產成（chéng）本，節約稀土資源，節能用電量。當模（mó）塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本（běn）產品完全不會因電機發（fā）生故障而（ér）影響（xiǎng）到生（shēng）產工期。
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（xiǎo）車結構”，滾（gǔn）筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪（lún）貼合滾筒（tǒng）旋轉相（xiàng）當（dāng）於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響（xiǎng）車輪與地麵（miàn）貼（tiē）合（hé），即滾筒偏心浮動不（bú）影響（xiǎng）滾輪貼合滾筒，保證定子（zǐ）、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電（diàn）機偏心、氣隙不均勻時（shí），仍能正常（cháng）運轉，保證磨機始終運行在性能（néng）狀（zhuàng）態，不必停機檢修。同（tóng）時電機（jī）定子與（yǔ）轉子間的間隙也可以做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生（shēng）掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動（dòng）式結構,基於模塊化永磁直驅電（diàn）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（de）軸向兩側安裝（zhuāng）滾輪且滾輪（lún）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（jià）相連的彈（dàn）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（dòng），轉（zhuǎn）筒會向上頂定子塊上安裝的滾（gǔn）輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮（suō）;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（de）彈性機構將其向（xiàng）上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒（tǒng）外表麵（miàn），使定子塊跟隨轉筒波動（dòng）而（ér）進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉（zhuǎn）子之間的間隙不（bú）變。球磨機滾筒向下複（fù）位或繼續向下（xià）波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時（shí），彈性機構將（jiāng）上方其向下壓（yā）,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置（zhì）的壓力大小可調，對於不同位置的定子（zǐ）塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓（yā）力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁（cí）電機采用（yòng）模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個（gè）數的隨動式定子塊構成一台模塊電機（jī），一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電（diàn）機（jī）共（gòng）用同一個轉子，模（mó）塊電機包繞（rào）式安裝在球磨機滾（gǔn）筒上。相鄰隨動式定子塊間（jiān）設有（yǒu）固定在支撐（chēng）框架上的（de）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（xián）接T型支撐板,用於支撐（chēng）安裝電機轉子鐵心及磁（cí）鋼（gāng）。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸（xiè）十分便捷，隻需要（yào）沿球磨機的徑向依（yī）次拆卸（xiè）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（jí）可將定子塊沿徑向拉出，進行（háng）檢（jiǎn）修或（huò）更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機（jī）與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大（dà）大降低，節約了能源（yuán）。永磁電機通（tōng）過變（biàn）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（dòng）相（xiàng）對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來（lái）越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了（le）中間的減速機、聯（lián）軸器（qì）、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳（chuán）動效率將提升至（zhì）少20%。球磨機直（zhí）驅（qū）係統的傳動效率不僅得到大（dà）幅提（tí）升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避（bì）免了傳（chuán）統設（shè）備因（yīn）漏油造成環境汙（wū）染。
由於本產品電機定子采（cǎi）用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等（děng）難度，還相當（dāng）於把一個大功率電機做成了多個小功（gōng）率電機。模塊化（huà）電（diàn）機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣（yuán），模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降（jiàng）低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動球磨機。
傳統電機故障時（shí），會導致電機合成磁動勢發（fā）生畸變，諧波含量增（zēng）加，平均轉矩下（xià）降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正（zhèng）常運行。而本產品進行（háng）了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）機控製的自由度（dù）,可以利用其多（duō）電機結構和（hé）控製靈活的優勢，在發生（shēng）故障時。可以直接拆卸故障電機更（gèng）換新（xīn）的模塊（kuài）電機即可正常運（yùn）行。模塊化電機具有（yǒu）冗餘的模塊數，也可切除故障（zhàng）子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本（běn）產品完全不會因電機發生故（gù）障而影響（xiǎng）到生產工期。
球磨機因（yīn）加工誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變或重載產生震動等（děng）因素會（huì）發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機（jī），實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式（shì）定子結構（gòu）的模塊電機，能在轉筒（tǒng）偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒（héng）定，可將氣隙做的更小，減少永磁（cí）體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因（yīn）為該隨（suí）動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢（jiǎn）修次（cì）數更少，工作時間更長，大（dà）體積（jī）球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生（shēng）產效率。
4、隨動（dòng）式球（qiú）磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機（jī）的優點（diǎn）( 1）變頻調（diào）速控製，實現負載工況多樣性
傳統（tǒng）立磨速度（dù）單一，工況適應能力差。遇（yù）到突發事件（jiàn），調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（diào）速（sù），適應工況能力（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（yǐ）快速適應係統工作（zuò）環境，係統反（fǎn）應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法（fǎ）在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係（xì）統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網（wǎng）造（zào）成過大的衝擊，需增加軟起動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複（fù）雜，係統運行的輔助設備很多（duō）。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（wú）需盤車（chē）係統和減速器，輔助（zhù）係統少，結構簡單。
(3）變頻（pín）器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先（xiān）由低（dī）速盤車係統（tǒng）起動，待三相感應電機達到（dào）起動條件後，軟起動裝置起動（dòng）三（sān）相感應電機，係統運行。係統控製複（fù）雜，低速無（wú）法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統（tǒng），將轉速提高到三相感應（yīng）電機（jī）起動條件。直驅係統直接變頻（pín）低（dī）速起動，係統（tǒng）直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過（guò）程可根據實際（jì）工況進（jìn）行調整（zhěng），以滿足各種工況的（de）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,維護次數少
係統各構成單元均需要（yào）時常檢查和（hé）定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構（gòu）複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統（tǒng）無法實現在低速運行的（de）情況下進行係統維護。直驅係統構（gòu）成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製（zhì）方便。係統內無（wú）減（jiǎn）速器，無需額外（wài）進行維護，係統（tǒng）維護成本低。同時，係統（tǒng）可（kě）實現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高（gāo）,節能效果明顯
綜上（shàng）采用直驅（qū）永磁電機（jī）取代傳統驅動係（xì）統年節電量達181萬元（yuán）。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直（zhí）驅係統（tǒng）的優勢（shì）與球磨機直驅（qū）係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖（tú）
本（běn）新型立磨結構（gòu）采用永磁直驅電機驅（qū）動,提（tí）高了立（lì）磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突（tū）破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替（tì）代（dài）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（chéng）實際中具有很（hěn）強的實用型。
針對大（dà）、中、小型不同尺寸的立磨，分（fèn）別設（shè）計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機（jī）與三相異步電動機（jī），永磁（cí）直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均（jun1）能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配（pèi）維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨（mó）機 
