1、技（jì）術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步（bù）電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅（qū）動，導致球磨機的傳動係統（tǒng）存在機械（xiè）傳（chuán）動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行（háng）維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與控（kòng）製技（jì）術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、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電（diàn）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，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨（mó）機的減速機（jī），顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩（jǔ）大（dà）、過載能力強、係統免維（wéi）護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定（dìng）子采用了模塊化設計，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（lǜ）電機做成了多（duō）個小（xiǎo）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（jiā）電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣。模（mó）塊化電機采用多台（tái）小功率變頻（pín）器聯合供電，這樣設計降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。每個模塊電機都具有一套（tào）獨（dú）立的控製係統，大大提（tí）升了電機控製的自由（yóu）度，球（qiú）磨機運行在輕載工（gōng）況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機（jī）。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研（yán）發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互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偏心，定子塊（kuài）始終跟隨轉筒運動從（cóng）而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通（tōng）過機械結構設計保證定子與轉子間的間（jiān）隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設（shè）計的比普通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，降低生產（chǎn）成本，節約（yuē）稀土資源，節能用電量。當（dāng）模塊發生（shēng）故障時，直接拆卸故障電（diàn）機，更（gèng）換新的模塊（kuài）電機即（jí）可正常運（yùn）行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到（dào）生產（chǎn）工期（qī）。
2、球磨機專用隨動（dòng）式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構成一（yī）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當於汽（qì）車在公路行駛，公路的起伏不（bú）影響車輪與地麵貼（tiē）合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉（zhuǎn）子間隙恒定，在球（qiú）磨機因裝配（pèi）誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動（dòng）等原因造成電機偏心、氣隙不均勻（yún）時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同（tóng）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（yòng）量，並且因為（wéi）隨（suí）動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的（de）定子（zǐ）為隨動式（shì）結構,基於（yú）模塊化永磁直驅電機，采用獨立（lì）的扇形定子塊結構，其（qí）隨動原理是在定子塊的軸向（xiàng）兩側（cè）安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確（què）定定子與（yǔ）轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐（chēng）框架相（xiàng）連的彈性機構（gòu）。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（jī）滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊（kuài）上（shàng）安裝的滾輪，進（jìn）而帶動定子塊向上移動，上（shàng）方彈性（xìng）機構繼續壓縮（suō）;下方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其向上（shàng）的吸引力的同（tóng）時（shí），定子（zǐ）塊上（shàng）的彈性機構將其向上頂，保證下方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進行徑向與圓周方向的移動，從（cóng）而保證定子、轉子之間的（de）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向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下（xià）壓,下方定子塊（kuài）被（bèi）轉筒向下壓。
本產品（pǐn）彈性裝置的（de）壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置（zhì）不同的（de）壓力（lì）,避免因（yīn）彈性裝置設置的壓力過大造成滾（gǔn）輪或（huò）轉筒磨損較（jiào）快。
本產品將永磁電機采用模（mó）塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨（suí）動式定子塊構成一台模塊電機（jī），一台整圓電機由（yóu）多台模（mó）塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電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在支撐框架（jià）上的擋板來對定子塊進行（háng）圓周方向的限位。球磨（mó）機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式（shì）定子（zǐ）塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、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，即可將定子塊沿徑向（xiàng）拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代（dài）替傳統磨機的電機（jī）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（zhuāng）置以及齒輪結構（gòu）進行驅動。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）功率因（yīn）數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電（diàn）機通過變頻器進行調速，電機運行平穩（wěn），係統（tǒng）響應速度快，感應電機則起動相對困（kùn）難。這些也是近年來永磁電（diàn）機應用越來越廣泛的原因。
采（cǎi）用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的（de）傳動（dòng）環節，縮短（duǎn）係統的傳動鏈，直驅（qū）係（xì）統的（de）傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統（tǒng）設備因漏油造成環境汙染。
由（yóu）於本產品電機定子采（cǎi）用了模（mó）塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機（jī）。模塊（kuài）化電機的控製技術可以（yǐ）實現（xiàn）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（huà）電機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了（le）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（háng）在輕載工況時,完全可以隻（zhī）運行部分（fèn）模塊電機（jī）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（xié）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。而本產品進行了模塊（kuài）化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製（zhì）係統，大大提升了電機控（kòng）製的（de）自由度,可以利用其多（duō）電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可（kě）以直接（jiē）拆卸故（gù）障電機更換新（xīn）的模塊電機即可正常（cháng）運（yùn）行。模塊（kuài）化電機具有冗餘的模塊數，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（dào）生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會（huì）發生轉子偏（piān）心（xīn）現象，偏心嚴重時還會造成電機（jī）掃膛損（sǔn）壞電機，實際（jì）生（shēng）產中常常通過增加氣隙大（dà）小來預防（fáng）掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用（yòng）量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結（jié）構的模塊電機，能在轉筒偏心（xīn）時保證定子與轉（zhuǎn）子之間的（de）間（jiān）隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電（diàn）機（jī）不會發生掃膛現象，同時（shí）因為該隨動（dòng）式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢（jiǎn）修複雜，降低（dī）檢修次數（shù）就是提高（gāo）生產效（xiào）率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感（gǎn）應電機的（de）優點( 1）變頻調速控製，實現負載（zǎi）工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突（tū）發事件，調整（zhěng）磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永（yǒng）磁同步電機（jī）采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係（xì）統反應速度更快。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠性高
傳統係統因三相（xiàng）感應電機無法在低速實（shí）現大轉矩（jǔ）輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨（mó）的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉（zhuǎn）矩需要，整個係統構成複雜（zá），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（tè）性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔（fǔ）助係統少，結構簡（jiǎn）單。
(3）變頻器軟起動，起動過程（chéng）隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三（sān）相感應電機（jī）達到起動條件後，軟（ruǎn）起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，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件。直驅係（xì）統直接變頻低速起動，係（xì）統直接運行，係統控製簡單。變頻控製（zhì）起動過（guò）程可根據實際工況進行調整，以滿足各（gè）種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤（pán）車係統。
(4）無減速器，維護成本更低（dī）,維護次數少（shǎo）
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係（xì）統構成單（dān）元多。同（tóng）時立磨減速（sù）器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法（fǎ）實現在低（dī）速運行的情況下進行係統維護（hù）。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方（fāng）便。係統內無減速器，無需額外進行維（wéi）護，係統維護成本低。同時，係統（tǒng）可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果（guǒ）明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電（diàn）量（liàng）達（dá）181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨（mó）機（jī）直驅係統的優勢與球磨（mó）機直驅係（xì）統相同，這裏不再一—贅述（shù）。
2、永磁直驅立磨結構示意（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。在立磨扶正軸承與壓力（lì）軸承上進行突破，通過設（shè）計一種雙向載荷扇形（xíng）模塊機（jī）構替代大（dà）直徑軸（zhóu）承，方便加（jiā）工、生產、運（yùn）輸、裝配（pèi）、維修（xiū），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（bú）同（tóng）尺寸（cùn）的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統（tǒng）的減速機與三（sān）相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到（dào）扶正（zhèng）與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
