1、技（jì）術背景
傳統（tǒng）的球磨機、立磨機大都采用（yòng）三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統（tǒng）存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行（háng）維護工作量（liàng）大等問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研究（jiū）所與河（hé）南（nán）全新機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機（jī）采用永磁直驅電機,通過將電動機（jī）與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能（néng）直接滿足荷載的（de）需求，省去傳統磨機（jī）的減（jiǎn）速機，顯著（zhe）提高了電機的效（xiào）率與功率因（yīn）數，具有節能、起動轉矩大（dà）、過載能力強、係統（tǒng）免維（wéi）護（hù）、自動化（huà）程度（dù）高等優點（diǎn）。
在控製方麵,本產品電機定子采用（yòng）了（le）模塊化設計，不僅降低了加工（gōng）、製造、運輸等難度，還（hái）相當於把一個大功率（lǜ）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（dà）功率電機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機的輸入電流（liú），電機不必采用高等級絕緣。模塊（kuài）化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降（jiàng）低（dī）了電機的供電（diàn）電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提（tí）升了電機控製的（de）自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部（bù）分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電（diàn）機的定子采用了一種自主設計研發的隨（suí）動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小（xiǎo）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偏心，定子（zǐ）塊始終跟隨轉筒（tǒng）運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產（chǎn）品通過機械結構設（shè）計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（diàn）機的氣隙（xì）可以設計的比普通（tōng）永磁直驅（qū）電機（jī）的小很多，從而大（dà）幅（fú）降低電（diàn）機永（yǒng）磁體用量，降低生產成本（běn），節（jiē）約稀土資源，節能用電量。當模（mó）塊發（fā）生故障時，直接拆（chāi）卸故障電機，更換新的模塊電（diàn）機即（jí）可正常（cháng）運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期（qī）。
2、球磨機（jī）專（zhuān）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（zhǒng）“小車結構”，滾筒就（jiù）像公路，定子塊（kuài）就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相（xiàng）當於汽車在公路行駛，公路的（de）起伏不（bú）影響車輪與地（dì）麵貼合，即滾（gǔn）筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒（tǒng），保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變、重載（zǎi）震動等原因造（zào）成電機偏心、氣隙不均勻（yún）時，仍能正常運轉，保證磨機（jī）始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也（yě）可以做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，並且因為隨動（dòng）式結構（gòu），電機不會（huì）發（fā）生掃膛現（xiàn）象。
本產品（pǐn）電機的定子為隨動（dòng）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（yuán）理（lǐ）是在定子塊的軸（zhóu）向（xiàng）兩側安裝滾輪且滾輪貼合（hé）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）相連的彈性機（jī）構。彈性（xìng）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（gǔn）筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方（fāng）彈性機構繼續壓縮;下方（fāng）定子塊在（zài）受到永磁體對其（qí）向上的吸（xī）引力（lì）的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保（bǎo）證下方定子（zǐ）塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使（shǐ）定子塊（kuài）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、轉子之間的間隙不變。球磨（mó）機滾筒向下（xià）複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁（cí）體對其向下的吸（xī）引力的同時，彈（dàn）性機構將上方其向下壓,下方（fāng）定子塊被（bèi）轉筒向（xiàng）下壓。
本產品彈性裝置的（de）壓力大小（xiǎo）可調，對於（yú）不（bú）同位置的定子塊設置不同的壓力（lì）,避免因彈（dàn）性裝置設置的壓力過大（dà）造成滾輪或（huò）轉筒磨損較快。
本產品將永磁（cí）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定子塊構成一台（tái）模（mó）塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機（jī）構成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉子，模（mó）塊電機包繞（rào）式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在（zài）支撐框架上的擋板來對（duì）定子塊進行（háng）圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型（xíng）支撐（chēng）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（jìng）向依次拆卸密（mì）封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接（jiē）杆、彈性機構支撐（chēng）架，即可將定（dìng）子塊沿徑向拉出，進行檢修（xiū）或更換新的定子塊。
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、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅動。永磁同（tóng）步（bù）電機（jī）與（yǔ）感（gǎn）應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能（néng）源（yuán）。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運（yùn）行平穩，係（xì）統響應速度快，感（gǎn）應電機則（zé）起動相對困難（nán）。這些也是近年來永磁電機應用越來越（yuè）廣泛的原因。
采用（yòng）永磁直驅，取消了中間的減（jiǎn）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（qiú）磨（mó）機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且（qiě）直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設（shè）備因漏油造成環境汙（wū）染。
由於本（běn）產品電（diàn）機定子采用了模（mó）塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當（dāng）於把一個大功率電機做成了多個小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的（de）控製技術可以實現（xiàn）降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機（jī）的輸入電流，電（diàn）機不必采用高等級（jí）絕緣（yuán），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（dī）了（le）電機的供電電壓和使用的變（biàn）頻器容量，從而降（jiàng）低成本。球（qiú）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（diàn）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（zhuǎn）矩波動顯著增加，無法繼續正常運（yùn）行。而本產品進（jìn）行了模塊化設計，每個模（mó）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,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢（shì），在發生故（gù）障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即（jí）可正（zhèng）常運行。模塊化電（diàn）機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘（yú）正常子模塊（kuài）降額運行。使用本產（chǎn）品完全不會因電機發生故障（zhàng）而影響到生產工期。
球磨（mó）機因加工誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變或重載（zǎi）產生震動等（děng）因（yīn）素（sù）會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造（zào）成電機掃膛（táng）損壞電機，實際生（shēng）產中常常通過增（zēng）加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增（zēng）大會導致永磁體用量增加（jiā），提高電機製造（zào）成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在（zài）轉筒偏心時保證定（dìng）子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發（fā）生掃膛現（xiàn）象，同時因（yīn）為該（gāi）隨動式定（dìng）子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少（shǎo），工作（zuò）時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生（shēng）產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅（qū）對比於傳統感（gǎn）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（dù）單（dān）一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度（dù）來改變係統工作環境，係統反應速度（dù）慢。永磁同步電機采用變頻（pín）調速，適（shì）應工況能（néng）力強（qiáng）。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度（dù）調節以快速適應係（xì）統工作環（huán）境，係統反應速度更快。
(2）係（xì）統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無（wú）法在低速實現大轉矩輸（shū）出，需要額外的盤車係統滿足（zú）立磨的低速起（qǐ）動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動（dòng）裝（zhuāng）置。三相感應電機起（qǐ）動後，通（tōng）過減速器（qì）滿足係統（tǒng）轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的（de）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動，轉矩特性滿足需要，無需（xū）盤車係統和減速（sù）器（qì），輔助係統少，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（jiàn）後，軟起動裝置起動三相感（gǎn）應電機（jī），係統運行。係統控製（zhì）複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條（tiáo）件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接（jiē）運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的（de）需求（qiú）。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（dī）,維護次數少
係統各（gè）構成（chéng）單元（yuán）均需要時常檢查和定（dìng）期維（wéi）護，傳統係統構成單（dān）元多。同時（shí）立磨減速（sù）器結構複雜（zá）需（xū）要經常維護，維護成（chéng）本費用（yòng）高。同（tóng）時係統無法（fǎ）實現在低速運行的情（qíng）況（kuàng）下進行係統維護。直驅係統（tǒng）構成單元簡單，變頻器（qì）控製永磁同（tóng）步電機直接驅動，控製方（fāng）便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成（chéng）本低。同時，係統可（kě）實現在電機低速（sù）運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明（míng）顯
綜上采（cǎi）用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元（yuán）。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機（jī）直驅係（xì）統（tǒng）相同，這裏不再一—贅（zhuì）述。
2、永磁直驅立磨結（jié）構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機（jī）驅動,提高（gāo）了立磨效率。在立（lì）磨扶正軸承與壓力軸（zhóu）承上進行突破（pò），通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直（zhí）徑軸承，方便加工、生（shēng）產、運輸、裝配、維修，並降低成（chéng）本,在工程實際中具有很（hěn）強的實用（yòng）型。
針對大、中、小型不同尺寸（cùn）的立磨，分（fèn）別設計了三（sān）種立磨（mó）專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永（yǒng）磁直驅電機具有（yǒu）雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便（biàn）製造、裝配（pèi）維護，節省成本。均（jun1）已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
