1、技術背景
傳（chuán）統的球磨機、立磨（mó）機大都采用三相異（yì）步電動機（jī）、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機（jī）的傳動係統（tǒng）存在機械傳動鏈冗（rǒng）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（dà）學電機與控製技術研究所與河（hé）南全新機電設備有限公司聯合設計（jì）研發（fā）的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通（tōng）過將電動機與機（jī）械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間（jiān）環節，做成直驅方案，能直（zhí）接滿足荷載的需求，省去傳統磨機（jī）的減速機，顯（xiǎn）著提高了電（diàn）機的（de）效率（lǜ）與功率因數，具有節能（néng）、起動轉矩大、過（guò）載能力強、係統免維護（hù）、自動（dòng）化程度高（gāo）等（děng）優點。
在控（kòng）製方麵,本產品電機定子采用了（le）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率電機（jī）做（zuò）成了多個小功率電機。模塊化電機的（de）控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的輸入電流，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，這樣設計降低了電機的供電電壓和（hé）使用的變頻器（qì）容量，從而降低成本。每（měi）個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）機控製的自由度，球磨（mó）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。
在結構方麵（miàn），本（běn）產（chǎn）品（pǐn）電機的（de）定子（zǐ）采用了一種自主設計研發的隨動式（shì）結構，將整圓的定子分成若幹個相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（kuài）始（shǐ）終跟隨轉筒運動從（cóng）而保持定（dìng）子與（yǔ）轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證（zhèng）定子與轉子間的間隙恒定（dìng），電機不會（huì）發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永（yǒng）磁直驅電（diàn）機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降（jiàng）低生產成本，節約稀土（tǔ）資源（yuán），節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行（háng）。使用本產品（pǐn）完全不會因（yīn）電機發生故（gù）障而影（yǐng）響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式（shì）永磁直驅電機概（gài）述（shù）
本產品的隨動式（shì）定子結構（gòu）構成一種（zhǒng）“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車（chē）在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載（zǎi）震動等原因造成電（diàn）機偏心（xīn）、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保（bǎo）證磨機始終運行（háng）在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間（jiān）的間隙也可以做的更小，減少永磁體用（yòng）量，並且因為隨動式結構，電機不（bú）會發生掃膛現象。
本產品電機的定（dìng）子（zǐ）為隨動式（shì）結構,基（jī）於模塊化永磁直驅電機（jī），采用獨立的（de）扇形定子塊結（jié）構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側（cè）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（cè）設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機（jī）構（gòu）在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果（guǒ）球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定（dìng）子塊上（shàng）安裝的滾輪，進而帶（dài）動定子（zǐ）塊（kuài）向（xiàng）上移動，上方彈性機構（gòu）繼續壓縮;下方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向上的吸引力的（de）同時（shí），定子塊上的（de）彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的（de）滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定（dìng）子（zǐ）塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方（fāng）向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙（xì）不變。球磨機滾筒向下複（fù）位或繼續（xù）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（gòu）將上（shàng）方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品（pǐn）彈性（xìng）裝置的壓力大（dà）小可調，對（duì）於不（bú）同位置（zhì）的定（dìng）子塊設置不同（tóng）的壓力（lì）,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒（tǒng）磨損（sǔn）較快。
本產品（pǐn）將永（yǒng）磁電機采用模塊化（huà）控製，根（gēn）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（chéng）一台（tái）模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台（tái）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（tǒng）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定子塊進行圓周方向的（de）限（xiàn）位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支（zhī）撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動（dòng）式定子塊安裝拆卸十（shí）分便捷，隻需要沿球磨機的徑向（xiàng）依次拆卸密封外殼、彈性（xìng）機構、彈性機構與定子（zǐ）塊（kuài）之間的連接杆、彈性機構支（zhī）撐架，即可（kě）將定子塊沿（yán）徑向拉出，進行檢（jiǎn）修（xiū）或更換（huàn）新的（de）定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的（de）電機驅動（dòng）係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采（cǎi）用三相（xiàng）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（bù）電機與感應電機相比優勢是它有（yǒu）較高的（de）效率和（hé）功率因數，損耗大大（dà）降低，節約了能（néng）源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困（kùn）難（nán）。這些也是近年（nián）來（lái）永（yǒng）磁（cí）電（diàn）機應用越來越廣泛（fàn）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（de）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%。球磨機直驅（qū）係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係（xì）統的故障率低，維護檢修方便，還（hái）避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化（huà）設（shè）計，不僅降低了加工，製（zhì）造，運輸等難度，還相當於把一個大功（gōng）率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術（shù）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（shū）入電流，電機不（bú）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（hé）供電。這樣設計降低了電機（jī）的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可（kě）以隻運行部分（fèn）模塊電（diàn）機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合（hé）成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下（xià）降，轉（zhuǎn）矩波動顯著增加，無（wú）法繼續正常（cháng）運行（háng）。而本產品進行了模塊化設計，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（zhì）的自由度,可以利（lì）用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障（zhàng）時。可以直（zhí）接（jiē）拆卸故障（zhàng）電機更換新的模塊電機即可（kě）正常運行。模塊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。
球磨機因加工（gōng）誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因（yīn）素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還（hái）會造成（chéng）電機掃膛（táng）損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來（lái）預防掃（sǎo）膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高（gāo）電機製造成本。隨動式定子結構的模（mó）塊電（diàn）機，能在轉筒（tǒng）偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣（qì）隙做的更（gèng）小，減少永磁體用量，電機不會發生掃（sǎo）膛現象，同時因為該隨動（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，大體積球磨機檢修複（fù）雜，降低檢修（xiū）次（cì）數就是（shì）提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比（bǐ）於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力（lì）差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環（huán）境，係統反（fǎn）應（yīng）速度慢。永磁同步電機（jī）采用變（biàn）頻調（diào）速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調（diào）整磨輾高度外（wài），還增加了速度調節（jiē）以快速（sù）適應係統工作環境，係統反（fǎn）應速度更快。
(2）係統簡（jiǎn）單,可靠性高
傳統係統因三相感（gǎn）應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足（zú）立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊（jī），需（xū）增加軟起動裝置。三相感（gǎn）應電機起動（dòng）後，通過減速器滿足係統轉矩（jǔ）需要（yào），整個係統構（gòu）成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統（tǒng）由變頻控製係統控製永磁同步電（diàn）機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係（xì）統和（hé）減（jiǎn）速器，輔助係統少（shǎo），結構簡單（dān）。
(3）變頻器軟起動，起（qǐ）動過程（chéng）隨意設定
傳統係統先由低（dī）速盤車係統起動，待三相感應電（diàn）機達到起動條件後，軟起（qǐ）動裝置起動（dòng）三相感應電機（jī），係統運行。係統控製複雜，低速無（wú）法實現過載輸（shū）出。在低（dī）速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動（dòng）條件。直驅係統直（zhí）接變頻低速起動（dòng），係統直接運（yùn）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（zhěng），以（yǐ）滿（mǎn）足各（gè）種工況（kuàng）的需求。低速可過載輸出，滿足（zú）起動需要，取代盤車係統（tǒng）。
(4）無減（jiǎn）速器，維護（hù）成本更（gèng）低,維護次數少（shǎo）
係統各構成單元（yuán）均需（xū）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（gòu）複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運（yùn）行的情（qíng）況下進行係統（tǒng）維護。直驅係統構成單元簡（jiǎn）單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內（nèi）無減速器，無需（xū）額外進行維護，係統維護成（chéng）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/kWh）立（lì）式鯤（kūn）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（tú）
本新型（xíng）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進行突破，通（tōng）過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大（dà）直徑軸承，方便加工、生產、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，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直（zhí）驅電機具有雙向載荷機構與不同的（de）放（fàng）置位（wèi）置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造（zào）、裝配維護，節省（shěng）成本（běn）。均（jun1）已申請專 利。
永（yǒng）磁直驅礦用球磨（mó）機 
