1、技（jì）術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相（xiàng）異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動（dòng），導致球磨機的（de）傳動係統存在機械（xiè）傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運（yùn）行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學（xué）電機與控製技術研究所與河南全新機電設（shè）備有限公司聯合設計研發的球磨機（jī）、立磨（mó）機采用永磁直驅電機,通過（guò）將電動（dòng）機（jī）與機械結構進行機電一體化（huà）設計，取消動（dòng）力傳輸的中間環節，做成直驅方案（àn），能直接滿足荷載的需求，省去（qù）傳統磨（mó）機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因（yīn）數（shù），具（jù）有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維（wéi）護、自動化程度高（gāo）等優點。
在（zài）控製方麵,本產品電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不僅降低了加工、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率（lǜ）電機。模塊化電（diàn）機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機的輸入電流（liú），電機不必采用高（gāo）等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯（lián）合供電，這樣設計降低（dī）了電機的供電（diàn）電（diàn）壓和（hé）使用的變頻（pín）器（qì）容量，從而降低成本。每個模塊電機都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（háng）在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨（mó）機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將（jiāng）整圓的定（dìng）子分成若幹個相（xiàng）互（hù）存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或（huò）偏心，定子塊始終跟（gēn）隨轉筒運動從而保持（chí）定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結（jié）構設計保證定子（zǐ）與轉子間的間隙（xì）恒定，電機不會（huì）發生掃膛現象，因此電機的氣（qì）隙可（kě）以設計的比普通永（yǒng）磁直驅（qū）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，節能用電量。當模塊發生故障時（shí），直（zhí）接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產（chǎn）品完全不會因電（diàn）機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機（jī）專用隨動式永磁直驅電機概述（shù）
本產品的隨動式定子結構構成（chéng）一種“小車結構”，滾筒就像公路，定（dìng）子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相（xiàng）當（dāng）於汽車在公路行駛，公路的（de）起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響（xiǎng）滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機（jī）因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動（dòng）等原因造成電機偏心、氣隙不均（jun1）勻時，仍能正常運（yùn）轉，保（bǎo）證（zhèng）磨機（jī）始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機（jī）定子與轉子間的間隙（xì）也可以（yǐ）做的更小，減少永磁體用量（liàng），並且因為隨動式（shì）結（jié）構，電機不會發生掃膛現象（xiàng）。
本產品電機的定（dìng）子為隨動式（shì）結（jié）構,基於（yú）模（mó）塊化永磁直（zhí）驅電（diàn）機，采用（yòng）獨立（lì）的扇形定子塊結構，其隨動（dòng）原理是（shì）在（zài）定子塊（kuài）的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定（dìng）定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設（shè）有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在（zài）球磨機滾（gǔn）筒不偏心時（shí）處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上（shàng）波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向（xiàng）上移（yí）動，上方彈性機構（gòu）繼續壓縮（suō）;下方定子塊在受到永（yǒng）磁體（tǐ）對其向上的吸引力（lì）的同時，定子塊上的彈性機（jī）構將其（qí）向上頂，保證（zhèng）下方（fāng）定子塊的滾輪依然貼合（hé）轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而（ér）進行（háng）徑向與圓周（zhōu）方向的（de）移（yí）動，從而保證（zhèng）定子、轉子之間（jiān）的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其（qí）向下的吸引力的同時，彈性機構將上方（fāng）其向下壓,下方定子塊被轉筒向下（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的壓力,避免因（yīn）彈性（xìng）裝置設置的（de）壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機（jī）采用模塊化控製，根（gēn）據不同功率的電機設計采用不（bú）同個數的隨動式定子塊構成一（yī）台模塊電（diàn）機，一台整圓電機由多（duō）台（tái）模塊（kuài）電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式（shì）安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設（shè）有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進（jìn）行圓周方向的限位。球磨機滾（gǔn）筒的法蘭處銜接T型支撐板（bǎn）,用（yòng）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（ān）裝拆卸十分（fèn）便捷，隻需要沿球磨機（jī）的徑向（xiàng）依次拆卸密封外殼、彈性機構（gòu）、彈性機構與定子塊之間的連（lián）接杆、彈性機構支撐架，即（jí）可將定子塊沿徑（jìng）向拉出，進行檢修或更（gèng）換新的定子塊。
3、采用本（běn）產（chǎn）品代替傳（chuán）統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大（dà）多（duō）數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行（háng）驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和（hé）功率（lǜ）因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變（biàn）頻器進行調速，電（diàn）機運行平（píng）穩，係統響應速度（dù）快，感應（yīng）電機則起（qǐ）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。
采用永磁直（zhí）驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨（mó）機直（zhí）驅係統的（de）傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低（dī），維護檢修方便，還避免了傳統設（shè）備因（yīn）漏油造成環境汙染。
由於本產品電（diàn）機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功（gōng）率（lǜ）電機做成了（le）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輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用（yòng）高等級絕緣，模塊化電機（jī）采用多台小功率變（biàn）頻器聯合供電（diàn）。這樣設計（jì）降低（dī）了電機的供電電（diàn）壓和（hé）使（shǐ）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機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波（bō）含量增加，平均轉矩下（xià）降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊（kuài）電機都具有（yǒu）一套獨立的控製係統，大大提（tí）升（shēng）了電（diàn）機控製的自由度（dù）,可以利用其多電機結構（gòu）和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障（zhàng）電機更換新的模塊（kuài）電機即可正常運行（háng）。模（mó）塊化電機具有（yǒu）冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模（mó）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（jiā）工誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形（xíng）變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴（yán）重時還會造成電機（jī）掃膛損壞電機，實（shí）際（jì）生產中常常通過增加（jiā）氣隙大小來預防掃膛，而氣（qì）隙（xì）增（zēng）大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間（jiān）隙恒定，可將氣隙做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，電機（jī）不會發生（shēng）掃膛現象，同時因為該隨（suí）動式定子（zǐ）結構在偏心時能繼（jì）續正常工（gōng）作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球（qiú）磨機檢修複（fù）雜，降低檢修次（cì）數就是提高生（shēng）產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術（shù）
1、立磨直（zhí）驅對比於傳統感應電機（jī）的優點( 1）變頻調速（sù）控（kòng）製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速（sù）度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，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，適應工況能力（lì）強（qiáng）。遇到突發事件（jiàn），除調整磨輾高度外，還增加了速度調節（jiē）以快速適應係統工作環境，係統（tǒng）反應速度更快（kuài）。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠性高
傳統係統因（yīn）三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸（shū）出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造（zào）成過（guò）大的衝（chōng）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，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備（bèi）很多。直驅係統由變頻控製係統控（kòng）製永（yǒng）磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要（yào），無（wú）需盤車（chē）係統和減速器，輔助係統少，結（jié）構簡（jiǎn）單（dān）。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳（chuán）統係統先由低（dī）速盤車係統起動，待三相感應電機（jī）達到起動條件後，軟起動裝置起（qǐ）動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實（shí）現過載輸出。在低速過程需要盤車係（xì）統，將轉（zhuǎn）速提（tí）高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根（gēn）據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速（sù）可過載輸出，滿足起動需要，取代（dài）盤車係統（tǒng）。
(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（cháng）檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速（sù）器結（jié）構複雜（zá）需要經常維護（hù），維護成本（běn）費（fèi）用高（gāo）。同（tóng）時係統無法實現在低速運行的情況下（xià）進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永（yǒng）磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內（nèi）無減速（sù）器，無需額外進行維護，係統（tǒng）維護成本低。同時，係統可實現（xiàn）在（zài）電機低速運行情況下進行係統維護（hù）。
(5）傳動效率高（gāo）,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁（cí）電機取代傳統驅動係統（tǒng）年（nián）節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅（qū）係統的優勢與球磨機直驅係統相同（tóng），這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅（qū）立（lì）磨結構示意圖
本新型立磨結（jié）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（shū）、裝（zhuāng）配、維修，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（tóng）尺寸的（de）立磨，分別設計了（le）三種立磨專用永磁電（diàn）機（jī），代替（tì）傳統的減速（sù）機與三相異步電動機，永磁（cí）直驅電機具有雙向載荷機（jī）構與（yǔ）不同的（de）放置位置，均能達（dá）到扶正與承壓的作用，並且方便（biàn）製造、裝配維護，節省成本。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
