1、技術背景
傳統的球（qiú）磨機、立磨（mó）機大都采（cǎi）用三相（xiàng）異步電動機、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致（zhì）球磨機的傳（chuán）動係（xì）統存在機械傳動鏈（liàn）冗長、效率（lǜ）低、機構（gòu）複雜、運行維護工作量大（dà）等問題。
沈陽（yáng）工業大學電機與控製（zhì）技術（shù）研究（jiū）所與河南全（quán）新（xīn）機電設備有限公司聯（lián）合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機（jī）,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中（zhōng）間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷（hé）載的（de）需求，省去傳統（tǒng）磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過（guò）載能力強、係統免維護（hù）、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產（chǎn）品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率（lǜ）電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率（lǜ）電機的輸入電壓，但（dàn）是（shì）不增加電機的輸入電流，電機不（bú）必（bì）采（cǎi）用（yòng）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（yàng）設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成（chéng）本（běn）。每個模塊電機（jī）都具有一套獨立的（de）控製係統，大大提升了電機控製的自由度，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。
在結構方麵，本產品電（diàn）機的定子采用了一種自主（zhǔ）設計研發的隨動式結構（gòu），將整圓的定子分成若幹個相（xiàng）互存在間隙的小扇形塊（kuài），通（tōng）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，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與（yǔ）轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設（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（xiàng），因此電機（jī）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（dāng）模（mó）塊（kuài）發生故障時，直接（jiē）拆卸故障電（diàn）機，更換新的（de）模塊電機即可正（zhèng）常運行。使用本產品完（wán）全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨（mó）機（jī）專用隨動式永磁直（zhí）驅電機（jī）概述（shù）
本（běn）產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾（gǔn）筒（tǒng）就像公路，定子塊（kuài）就像汽車（chē）。滾（gǔn）輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行（háng）駛，公路（lù）的起伏不影響車（chē）輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮（fú）動不影響滾輪貼合滾筒，保證定（dìng）子、轉子間隙恒定，在球（qiú）磨機因裝（zhuāng）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（yùn）轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機（jī）檢修。同時電機定子（zǐ）與轉子間的間隙也可（kě）以（yǐ）做的更小，減少永磁（cí）體用量，並且因為隨動式結構，電機不會（huì）發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾（gǔn）輪貼（tiē）合滾筒來確定定子與轉子間的間隙（xì），定子塊徑向外側設有與支（zhī）撐框架相連的彈性（xìng）機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態（tài）,如果球磨機滾筒向（xiàng）上波動，轉筒（tǒng）會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性（xìng）機構繼（jì）續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力（lì）的同時（shí），定子塊上的彈性機構將其向上（shàng）頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向（xiàng）的移動（dòng），從而保證（zhèng）定子、轉子之間的間隙不變。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向下的吸引力的同時（shí），彈（dàn）性機構將（jiāng）上（shàng）方其向下壓,下方定子塊被轉筒向（xiàng）下壓。
本（běn）產品彈性裝置的壓力大小（xiǎo）可（kě）調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製（zhì），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，一台整圓（yuán）電（diàn）機由（yóu）多台（tái）模塊電機（jī）構成,多台模塊電機共用（yòng）同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨（suí）動式定子塊間設有固定在支撐（chēng）框架上的擋板（bǎn）來（lái）對定（dìng）子塊（kuài）進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的（de）法蘭（lán）處銜接（jiē）T型支撐板,用（yòng）於支撐安（ān）裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式（shì）定子塊安（ān）裝拆卸十分便捷，隻需要沿球（qiú）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（lián）接杆、彈性（xìng）機（jī）構支撐架（jià），即（jí）可將定（dìng）子塊沿徑向拉（lā）出，進行（háng）檢修或更換新的（de）定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機（jī）的電（diàn）機驅動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采（cǎi）用三相感應電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比（bǐ）優勢（shì）是它（tā）有較高的效率和功率因數，損耗大（dà）大降低，節（jiē）約了能（néng）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（xiǎng）應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越（yuè）來越廣泛的（de）原因（yīn）。
采用永磁直驅，取消了中間（jiān）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%。球磨機直（zhí）驅係統的傳動（dòng）效（xiào）率不僅得到大幅提升，而且直（zhí）驅係統的故障率低，維護檢（jiǎn）修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產（chǎn）品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小（xiǎo）功率電機（jī）。模塊化電機的控製技（jì）術可以實（shí）現降低大功率電機的輸入電（diàn）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，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電（diàn）。這樣設計降（jiàng）低了電機的供電電壓和使用的變頻器（qì）容量，從（cóng）而降低成本。球磨機運行在輕載（zǎi）工況時（shí）,完全可以隻運行（háng）部（bù）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，諧波含量增加（jiā），平均（jun1）轉矩下降，轉矩波動顯（xiǎn）著（zhe）增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了（le）模塊化設計，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（jī）控製的自由（yóu）度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時（shí）。可以直接拆卸故障電機更換（huàn）新的模塊電機即可正常運（yùn）行。模塊化（huà）電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而（ér）控製其（qí）餘正常子模塊降額運行。使用（yòng）本產品完全（quán）不（bú）會因電機發（fā）生故障而影響（xiǎng）到生產工期。
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發生轉（zhuǎn）子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增（zēng）大會導致永（yǒng）磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動（dòng）式（shì）定子結構的（de）模塊電（diàn）機，能在轉（zhuǎn）筒偏心時保證定子與轉子之間（jiān）的間隙恒定，可將氣隙做的（de）更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定（dìng）子結構在偏心時（shí）能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大（dà）體（tǐ）積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨（suí）動式球磨機裝配示意圖
二、永（yǒng）磁直驅立磨技（jì）術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變（biàn）頻（pín）調速控製，實現負（fù）載工況多樣性
傳統立磨速（sù）度單一，工（gōng）況適應（yīng）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（bù）電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾（niǎn）高（gāo）度（dù）外，還增加了速度調節（jiē）以快速適應係（xì）統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係（xì）統因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（mǎn）足立磨（mó）的低速起動。為保證在（zài）電（diàn）機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應（yīng）電（diàn）機起動（dòng）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很多。直驅（qū）係統由變頻控製係統（tǒng）控（kòng）製永磁同步電機起動，轉（zhuǎn）矩特性滿足需（xū）要，無需盤車係統（tǒng）和減速器，輔助係統少，結（jié）構簡單。
(3）變頻（pín）器軟起動，起動過程隨意設（shè）定
傳統係統先（xiān）由低（dī）速盤車係統起動，待三相感應電機達到起（qǐ）動條件（jiàn）後，軟（ruǎn）起動裝（zhuāng）置起（qǐ）動三相感應電（diàn）機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過（guò）載輸出。在低速（sù）過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係（xì）統直接運行，係統控製簡單（dān）。變頻控製起（qǐ）動過程可根據實（shí）際工況進行調整，以滿足各種工（gōng）況的需求。低速可過載輸出（chū），滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無（wú）減速器，維護成本更低,維護次數少
係（xì）統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，維護成本費用高（gāo）。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係（xì）統構成單元簡單，變頻器控製永（yǒng）磁同步電（diàn）機直接驅動，控製方便。係統內無減速器（qì），無需額外（wài）進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實（shí）現在電機低（dī）速運行情況（kuàng）下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用（yòng）直驅永（yǒng）磁電機取代傳統（tǒng）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（qū）係（xì）統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一（yī）—贅述。
2、永磁直驅（qū）立磨結構示意圖
本新型（xíng）立磨結構采用永磁直驅電機驅（qū）動,提高了立磨（mó）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（kuài）機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、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（zhōng）、小型不同尺寸的立（lì）磨，分別設計了三種立磨專用永磁電（diàn）機（jī），代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向（xiàng）載荷機構與不（bú）同的放置位置，均能達到扶（fú）正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直（zhí）驅礦用球磨（mó）機 
