1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機（jī）、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導（dǎo）致（zhì）球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大（dà）學電機與控製技術研究（jiū）所與河南91视频网機（jī）電設備（bèi）有限公司聯合設計（jì）研發的球磨機、立磨機采用永磁直（zhí）驅電機,通過將電動機與（yǔ）機械結構進行機電一體化設（shè）計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅（qū）方案，能直接（jiē）滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高（gāo）了電機的（de）效（xiào）率與功率因數，具有節能、起動轉矩（jǔ）大、過載能力強、係統免維（wéi）護、自動化程度（dù）高等優點。
在控製方麵,本產品電（diàn）機定子采用了模塊化設計，不僅降低（dī）了加工、製造（zào）、運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個大功率電機做成了多個小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的（de）輸（shū）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（diàn）機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降（jiàng）低了電機的（de）供電電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低（dī）成本。每（měi）個模塊電機都具有一套（tào）獨立（lì）的控製係統（tǒng），大大提升了電機控製的自由度（dù），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（qū）動球磨機。
在結構方麵，本產品電機（jī）的定子（zǐ）采用了一種自主設計研發的隨動式結構（gòu），將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙（xì）的小（xiǎo）扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論（lùn）球磨機轉（zhuǎn）筒是（shì）否震（zhèn）動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品（pǐn）通（tōng）過機械結構設計保證定子（zǐ）與轉子間的間隙（xì）恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的（de）比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁（cí）體用（yòng）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，直接拆卸（xiè）故障電機，更換新的模（mó）塊（kuài）電（diàn）機即（jí）可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而（ér）影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永（yǒng）磁直驅電機概述
本產品的隨（suí）動（dòng）式（shì）定子結（jié）構構成（chéng）一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行（háng）駛，公路的起（qǐ）伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不（bú）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、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態（tài），不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙（xì）也可以做的（de）更小（xiǎo），減（jiǎn）少（shǎo）永磁體用量（liàng），並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現（xiàn）象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永（yǒng）磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構（gòu），其隨動原理（lǐ）是在定子塊的軸向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（jìng）向外側（cè）設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構（gòu）在球磨機（jī）滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動（dòng），轉筒會向上頂定子（zǐ）塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引（yǐn）力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上（shàng）頂，保證下方定子塊的（de）滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉（zhuǎn）筒波動而進（jìn）行徑向與圓周方向的移動（dòng），從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向（xiàng）下複位或（huò）繼續向下波動，則上方（fāng）定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈（dàn）性機構將上方其向下壓,下方定子（zǐ）塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置（zhì）的壓力大小可（kě）調，對（duì）於不同位置的定子塊設置不同的壓（yā）力,避免因彈性裝置設置的壓（yā）力過大造（zào）成滾輪（lún）或轉筒磨損較快。
本產品將永（yǒng）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定子塊構成（chéng）一台模塊電機（jī），一台整（zhěng）圓電機由多台模塊電（diàn）機構（gòu）成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安（ān）裝在球磨（mó）機滾（gǔn）筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來（lái）對定子（zǐ）塊進行圓周方（fāng）向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜（xián）接T型支撐板（bǎn）,用（yòng）於支撐（chēng）安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品（pǐn）的（de）隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向（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接杆、彈性機構（gòu）支撐架（jià），即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統（tǒng）磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多數（shù）的球（qiú）磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與（yǔ）感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損（sǔn）耗大大降低，節約了能源（yuán）。永磁電機通過變（biàn）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（xiàng）對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的（de）原因。
采（cǎi）用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸（zhóu）器（qì）、及（jí）齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統（tǒng）的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳（chuán）動效率（lǜ）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（miǎn）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設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難（nán）度，還相當於把一個大功率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（dī）大功率電機的輸入電壓（yā），但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多（duō）台小功（gōng）率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動（dòng）球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁（cí）動勢發生畸變，諧波含（hán）量增加，平均轉矩下降（jiàng），轉矩波動（dòng）顯著增加，無法繼續正（zhèng）常運行。而（ér）本產品進行了模塊化設計，每個模塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統（tǒng），大大提升了（le）電（diàn）機控製的（de）自由（yóu）度,可以利（lì）用其多電機結構和控製（zhì）靈活的優勢，在發生故障時（shí）。可（kě）以直接（jiē）拆（chāi）卸故障電機更換新的（de）模（mó）塊電機即可正常運行（háng）。模（mó）塊（kuài）化（huà）電機具有冗餘的模塊數，也可切除（chú）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。
球磨機因加工誤差、軸承磨（mó）損、滾筒（tǒng）形變或重載產生震（zhèn）動等因素會發生（shēng）轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機（jī）掃膛損壞電機，實際生產（chǎn）中常（cháng）常通過增（zēng）加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁（cí）體用量增加，提高電機（jī）製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保（bǎo）證定子與轉（zhuǎn）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（yīn）為該隨動式定（dìng）子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，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（yàng）性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改（gǎi）變係統工作環境，係統反應（yīng）速度慢。永磁同步電機采（cǎi）用變頻（pín）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（diào）節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更（gèng）快。
(2）係統簡單,可（kě）靠性高
傳統係統因三相感應電機（jī）無法在（zài）低速實（shí）現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證（zhèng）在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟（ruǎn）起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器（qì）滿足係統（tǒng）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，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(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（dòng）三相感（gǎn）應電機（jī），係統運行。係統控製複（fù）雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需（xū）要盤車係統，將轉速提高（gāo）到三（sān）相感應電機起動條件。直驅係統直（zhí）接變頻低速起動，係統直接運行（háng），係統控製簡單。變頻（pín）控（kòng）製起（qǐ）動過程可根據實際（jì）工況進（jìn）行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起（qǐ）動需要（yào），取代盤車係（xì）統。
(4）無減速器，維護（hù）成（chéng）本更低,維護次數少
係統（tǒng）各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（hù）成本費用高（gāo）。同時係統無（wú）法實現在低速運（yùn）行的情況（kuàng）下進行係統維護。直（zhí）驅係統構成單元簡單，變頻（pín）器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需（xū）額（é）外進行維護，係統維護（hù）成本（běn）低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效（xiào）率高,節（jiē）能效果明顯
綜上采用直驅永磁（cí）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）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機（jī）直（zhí）驅係統相同，這裏不再一—贅述（shù）。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新（xīn）型立磨結構采用永（yǒng）磁直驅電機驅動,提（tí）高了立磨效率。在立（lì）磨扶（fú）正軸承與壓力軸承上進行（háng）突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替（tì）代大直徑軸承，方便（biàn）加工、生產（chǎn）、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成本,在工程實際中具有很強（qiáng）的實用型（xíng）。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計（jì）了三種立磨專用永磁電機，代替傳（chuán）統的減速（sù）機與三相異步電動機，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（fú）正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護（hù），節省成本。均已（yǐ）申請（qǐng）專 利（lì）。
永磁直（zhí）驅礦用（yòng）球磨機 
