1、技術背景
傳（chuán）統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動（dòng）機、聯（lián）軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球（qiú）磨機的傳（chuán）動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維（wéi）護工作量大等問題。
沈（shěn）陽工業大學電機與控製技術（shù）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（jī）、立磨機采用永磁直驅電機,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）輸的中間環節，做成直驅（qū）方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電（diàn）機的效率與功率因數，具有節（jiē）能、起動轉矩（jǔ）大、過載能力（lì）強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控（kòng）製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運（yùn）輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率（lǜ）電機。模塊化電機的控（kòng）製技術可以實現降低大功率（lǜ）電機的輸入電（diàn）壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊（kuài）化電機采用多台小功（gōng）率變頻器聯合供電，這（zhè）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。每個模塊電機都具有一（yī）套獨（dú）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（shí），完全可以隻（zhī）運行部分模塊電機驅動（dòng）球磨機。
在結構方麵，本（běn）產品電（diàn）機的定子（zǐ）采用了一種自（zì）主設計研發的隨動式結構，將整（zhěng）圓（yuán）的定子（zǐ）分成若（ruò）幹個相（xiàng）互存在間隙的小扇形塊（kuài），通過機械結構設計，確定了一種無論球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（dìng）子與轉子間隙恒定（dìng）的結構。本產品通過機械結（jié）構設計保證定子與轉子間的間（jiān）隙恒定，電機不（bú）會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁（cí）直驅電機的小（xiǎo）很（hěn）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，節能用電量。當模（mó）塊發生故障時，直接（jiē）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（jī）發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電（diàn）機概述
本（běn）產品的隨動式定子結構構成（chéng）一種“小車（chē）結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車（chē）在公路行駛，公路的起（qǐ）伏不（bú）影響車輪與地麵貼（tiē）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（xì）恒定，在球磨機（jī）因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重（chóng）載震動等原因造（zào）成（chéng）電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始（shǐ）終運行（háng）在性能狀態，不必停機檢修（xiū）。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結（jié）構，電機不會發生掃膛現象（xiàng）。
本產品電機的定子為隨（suí）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（lǐ）是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪（lún）貼合滾筒來確定定子與轉（zhuǎn）子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性（xìng）機（jī）構。彈性（xìng）機構在球磨機滾筒不偏心時（shí）處於半壓（yā）縮狀態,如果球磨機滾筒向上波（bō）動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子（zǐ）塊向上移動，上方彈性機構繼續壓（yā）縮;下方定子塊在受（shòu）到永磁體對其向上的吸（xī）引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定（dìng）子塊的滾輪依然（rán）貼合轉筒（tǒng）外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動（dòng），從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則（zé）上（shàng）方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同（tóng）時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒（tǒng）向下（xià）壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同（tóng）的壓力,避免因彈性裝置（zhì）設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本（běn）產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機（jī）設計采用（yòng）不同個數的隨動式定子塊（kuài）構（gòu）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（mó）塊電機共用同一個轉子，模（mó）塊（kuài）電機包（bāo）繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對（duì）定（dìng）子塊進行圓周方向（xiàng）的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支（zhī）撐（chēng）安（ān）裝電機轉子鐵心及磁鋼（gāng）。
本產品的隨動式定子（zǐ）塊安裝拆卸十分便捷，隻（zhī）需要（yào）沿球磨（mó）機的徑向依次拆卸密封外殼、彈（dàn）性機構、彈性機構與定（dìng）子塊之間的（de）連接（jiē）杆、彈性機構支撐架，即可將定（dìng）子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定（dìng）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（jī）、聯（lián）軸器、減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（shì）是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節（jiē）約（yuē）了能源。永磁電機通過變頻器進行（háng）調速（sù），電機運行平穩，係統響應速度快（kuài），感應電機則（zé）起動相對（duì）困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係統的傳動效率（lǜ）將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得（dé）到大幅（fú）提升，而且直驅係統的故障率（lǜ）低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏（lòu）油造（zào）成環境汙染。
由於本產品電機定（dìng）子采用了模塊化設計，不（bú）僅降低（dī）了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一（yī）個大功率電機做成了多個（gè）小功（gōng）率電機。模塊化電機的控製技術可以實（shí）現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電（diàn）機的輸入電流，電機不必采用（yòng）高等級絕（jué）緣，模塊化電機采用多台小功率變（biàn）頻器聯合供電。這樣設計降低（dī）了電機的（de）供電電壓和使用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。球磨機運行在輕載工況（kuàng）時,完全可（kě）以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳（chuán）統電機故（gù）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（jiàng），轉矩波動顯著增加，無（wú）法繼續（xù）正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一（yī）套獨立的控（kòng）製係（xì）統，大大提升了電（diàn）機控製的自由度,可以利用其多電（diàn）機結構和控製靈活的優勢，在發生（shēng）故障（zhàng）時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常（cháng）運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊（kuài）而控製其餘（yú）正常子模塊降額運行。使用本產（chǎn）品完全不（bú）會因（yīn）電機發生故障而影響到生（shēng）產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動（dòng）等因素（sù）會發生轉子偏心（xīn）現象，偏心嚴重時還會造成電機掃（sǎo）膛損壞電機，實（shí）際生產（chǎn）中常常通過增加氣隙（xì）大小來預（yù）防掃膛，而（ér）氣隙增大會導致永磁（cí）體用量增加（jiā），提高電（diàn）機製造成本。隨動（dòng）式（shì）定子結構（gòu）的模塊電機，能在轉筒偏心時保證（zhèng）定子與轉子之間（jiān）的間隙恒定，可將氣隙（xì）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（tóng）時因為該隨動式定子結構在偏心時（shí）能繼續（xù）正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢（jiǎn）修次數就是提高生（shēng）產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅（qū）立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應（yīng）電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負（fù）載（zǎi）工（gōng）況多樣性
傳統立磨（mó）速度單一，工況適應能力（lì）差。遇到突（tū）發事件，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速，適應工（gōng）況能力強（qiáng）。遇到突發事件，除調整磨輾高度外（wài），還增加了速度調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（xì）統因三相感應電機無法在低速實（shí）現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立（lì）磨的低速起動。為保證（zhèng）在電機起（qǐ）動過程不對（duì）電（diàn）網造成過大的衝擊，需（xū）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，整個係統構成複雜，係（xì）統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起（qǐ）動，轉矩特性滿足需要，無需盤（pán）車係統和減速器，輔助係統（tǒng）少，結構（gòu）簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動（dòng），待（dài）三相感應（yīng）電機達到起（qǐ）動條（tiáo）件後（hòu），軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行（háng）。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速（sù）過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感（gǎn）應電（diàn）機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直（zhí）接運行，係統（tǒng）控（kòng）製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿（mǎn）足各種工況的需求。低速（sù）可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低（dī）,維護次數少
係統各構成單（dān）元均需要（yào）時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構（gòu）複雜需要經常維護，維（wéi）護（hù）成本費用高。同（tóng）時係統無法實現在低速運（yùn）行的情（qíng）況下進行係（xì）統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器（qì）控製永磁（cí）同步電機直接驅動，控（kòng）製方便。係統內無減速器，無需額外進（jìn）行維護（hù），係（xì）統維護成本低。同時，係統可實現在電（diàn）機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式（shì）鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再（zài）一—贅述。
2、永磁直（zhí）驅立磨結（jié）構（gòu）示意（yì）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。在立磨（mó）扶正軸承與壓力軸承上進（jìn）行突破，通過設（shè）計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承（chéng），方便加工、生產、運輸、裝配（pèi）、維修，並降低成本,在工程（chéng）實際中具有很強的實用型。
針對大（dà）、中、小（xiǎo）型不同尺（chǐ）寸的立磨，分（fèn）別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減（jiǎn）速機與三相異步（bù）電動機，永磁（cí）直驅電機具有（yǒu）雙（shuāng）向（xiàng）載荷機構（gòu）與（yǔ）不同的放置位（wèi）置，均能達到扶正與承（chéng）壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節（jiē）省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用（yòng）球磨機 
