1、技（jì）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（qū）動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動（dòng）鏈冗長、效率低、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（jì）術研（yán）究所與河南全（quán）新機（jī）電設備有限公司聯合設計研（yán）發的球（qiú）磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動（dòng）機（jī）與機械結構進（jìn）行機電一體化（huà）設計，取消動力傳輸的中（zhōng）間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需（xū）求，省去傳統磨機的減（jiǎn）速機，顯著提高了（le）電機（jī）的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優（yōu）點。
在控製方（fāng）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（shū）等難度，還相（xiàng）當於把一個大功率電機做成了多個小功（gōng）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（rù）電壓（yā），但是（shì）不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等（děng）級絕緣（yuán）。模塊化電機采用多台小功（gōng）率變頻（pín）器聯合供電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成本。每個（gè）模塊（kuài）電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升（shēng）了電機控製的自（zì）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（diàn）機驅動球磨機。
在結構方麵，本（běn）產品電機（jī）的定子采用了一種自主設計研發的隨（suí）動式結構，將（jiāng）整圓的定子分成若幹個相互存在間隙（xì）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否震動（dòng）或偏（piān）心，定子塊始終跟（gēn）隨轉筒運動從而（ér）保持定（dìng）子與轉子間隙恒定的結構。本產品通（tōng）過機械結（jié）構設計（jì）保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通（tōng）永磁直驅電機的小很多，從而大幅（fú）降低電機（jī）永磁體用量，降低（dī）生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故（gù）障時（shí），直（zhí）接拆卸（xiè）故障電機，更（gèng）換新的（de）模塊電機即可正常運行。使用（yòng）本產品完（wán）全不會因電機發生故障而影（yǐng）響（xiǎng）到生產（chǎn）工期。
2、球磨機（jī）專用隨動式永磁直驅電機（jī）概（gài）述
本產品（pǐn）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（kuài）就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車（chē）在公路行（háng）駛，公路的（de）起（qǐ）伏不影響車（chē）輪與（yǔ）地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾（gǔn）輪貼合滾筒，保證（zhèng）定子（zǐ）、轉子間（jiān）隙恒定，在球磨機因裝（zhuāng）配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動（dòng）等原因造成電（diàn）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（tài），不必停機檢修。同時電機定子（zǐ）與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（shì）結構，電機不（bú）會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動（dòng）式結構,基於（yú）模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形（xíng）定子（zǐ）塊結（jié）構，其隨動原理是在定子塊（kuài）的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來（lái）確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑（jìng）向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒（tǒng）不偏（piān）心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒（tǒng）會向上頂（dǐng）定子塊（kuài）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（xià）方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其向上的吸引力（lì）的（de）同時，定子塊上的（de）彈性（xìng）機構將其向上（shàng）頂（dǐng），保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進（jìn）行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的（de）間隙不變（biàn）。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸（xī）引力的同時，彈性機構將（jiāng）上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小（xiǎo）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（zhuāng）置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式（shì）定子塊構成一台模（mó）塊（kuài）電機，一（yī）台整圓電機由多台模塊電機構（gòu）成,多台模塊電機共用同一（yī）個轉子，模塊電（diàn）機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定（dìng）在支撐框架（jià）上的擋板來（lái）對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭（lán）處銜接T型支撐板,用（yòng）於支撐安裝（zhuāng）電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝（zhuāng）拆（chāi）卸十分便捷，隻需要沿（yán）球磨機的徑向依（yī）次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機（jī）構與（yǔ）定子塊之（zhī）間的連接杆、彈性機構支撐架（jià），即可將定子塊沿徑向拉（lā）出，進行檢修或更換（huàn）新的（de）定子塊。
3、采用本（běn）產品代替傳（chuán）統（tǒng）磨機的電機驅動係統的（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（qì）、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（yōu）勢是它有較高（gāo）的效（xiào）率和功率因數，損耗大（dà）大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調（diào）速，電機運行平穩，係統響應速度（dù）快，感（gǎn）應電機（jī）則起動相對困難。這些也是近年來永磁（cí）電機（jī）應用越來越廣（guǎng）泛的（de）原因。
采用永磁直驅，取消了中間（jiān）的減速機（jī）、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈（liàn），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（dòng）效率不僅（jǐn）得（dé）到大幅提升，而且直驅係（xì）統的故障率低，維護檢修方（fāng）便，還避免了傳統設備因漏油造（zào）成環境汙染（rǎn）。
由於本產品電機定子采（cǎi）用了模塊化設計，不僅降低了（le）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（gè）小功（gōng）率電機。模塊化電機的控製技（jì）術可以（yǐ）實現降低大功率電機的輸入（rù）電壓（yā），但是不增加電機（jī）的（de）輸入電（diàn）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（yàng）設（shè）計降低了電機的（de）供電電（diàn）壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機（jī）運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅（qū）動球磨機。
傳統電機故障時，會導（dǎo）致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了（le）模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大（dà）大提升了電機（jī）控製的自由度,可以利用其多電機結（jié）構和控製靈活的優勢，在發生故障（zhàng）時。可以直接拆卸故障電（diàn）機更換新（xīn）的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘（yú）的（de）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（háng）。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。
球磨機因加工誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發（fā）生轉子偏心現象，偏心嚴重時（shí）還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通（tōng）過增加氣（qì）隙（xì）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。隨動式定（dìng）子結構的（de）模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可（kě）將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，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（dà）體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產（chǎn）效率。
4、隨動（dòng）式球磨機裝配示意圖
二（èr）、永（yǒng）磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製（zhì），實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事（shì）件，調整（zhěng）磨鞮高度來（lái）改變係統工作環境，係統反應速度慢。永（yǒng）磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調（diào）整磨（mó）輾高度（dù）外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更快（kuài）。
(2）係統簡（jiǎn）單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需（xū）要額外的盤車係統（tǒng）滿足立磨的（de）低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過（guò）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，整個係統構成複雜，係（xì）統運行的輔助設備很多。直驅係統由變（biàn）頻控製係統控製永磁同步（bù）電機起動（dòng），轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器（qì），輔助（zhù）係統少，結（jié）構簡單。
(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，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三（sān）相（xiàng）感應電機，係統運行。係統控製複雜，低（dī）速無法實（shí）現過（guò）載輸出。在低速過（guò）程需（xū）要盤車係統，將轉速提高（gāo）到三相感應電機起動條件。直（zhí）驅係統直接變頻低速起動（dòng），係（xì）統直接運行，係統（tǒng）控（kòng）製簡單。變頻（pín）控製起動過程可根據實際工況進行（háng）調整，以滿足各種工況（kuàng）的需（xū）求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更（gèng）低,維護次數少
係統各（gè）構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同（tóng）時係（xì）統無法（fǎ）實現在低速運行的情況下（xià）進行係統維（wéi）護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁（cí）同步（bù）電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維（wéi）護，係統（tǒng）維護成本低。同時，係統可實現在電機低（dī）速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯（xiǎn）
綜（zōng）上采用直（zhí）驅永磁電機取代傳（chuán）統驅動係統年節電量達181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係（xì）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（lì）磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上（shàng）進行突破，通過設計一種雙向載（zǎi）荷扇形（xíng）模塊機構替代大直徑（jìng）軸承，方便加工、生產（chǎn）、運輸、裝配、維（wéi）修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨（mó），分別（bié）設計了三種立（lì）磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電（diàn）動機（jī），永磁直驅電機（jī）具有雙向載荷機構與不（bú）同的放置位置，均能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。
永磁直驅礦用球（qiú）磨機 
