1、技（jì）術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相（xiàng）異步（bù）電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結（jié）構（gòu）進行驅動，導致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（gōng）業大學電機與控（kòng）製技術（shù）研究所與河南91视频网機電設備有限公司聯合設計研發的（de）球磨機、立磨機采用（yòng）永磁直驅電機（jī）,通過將電動機（jī）與機械結（jié）構進行機電一體化設計，取消動力傳輸（shū）的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率（lǜ）與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程（chéng）度高等優點。
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、製造、運輸（shū）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。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（diàn）壓，但是不（bú）增加電機的（de）輸（shū）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（lián）合供電（diàn），這樣設（shè）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（chéng）本。每個（gè）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的自由度，球（qiú）磨（mó）機運行（háng）在輕載工況（kuàng）時（shí），完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機（jī）。
在結構方（fāng）麵，本產品電機的定子采（cǎi）用了一種自主設（shè）計研發的隨動（dòng）式結構（gòu），將整圓的（de）定子分成若幹個（gè）相互存在（zài）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（zhuǎn）筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒（tǒng）運動從而保持定子與轉子間隙恒（héng）定的結構。本產品（pǐn）通過機械結構設計保證定子與轉（zhuǎn）子間的間隙恒（héng）定，電機不會發生掃（sǎo）膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從（cóng）而大（dà）幅降低電機永磁體用（yòng）量，降低生產成本，節約稀土資源（yuán），節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運（yùn）行。使用（yòng）本產品完全不會因電機發（fā）生故障而影響到生產工期。
2、球磨（mó）機專用隨動（dòng）式永（yǒng）磁直驅（qū）電機概述
本產品的隨動式定子結構構（gòu）成一（yī）種“小車結構”，滾筒就像公（gōng）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駛，公路的起伏不影響（xiǎng）車輪與地（dì）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（xì）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（diàn）機偏心、氣隙不（bú）均勻時，仍能正常（cháng）運轉，保證磨機始終（zhōng）運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子（zǐ）間的間隙也可（kě）以（yǐ）做（zuò）的更小，減少永磁體（tǐ）用量，並且因為隨動式結構，電（diàn）機不會發生掃膛現（xiàn）象（xiàng）。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊（kuài）化永磁直驅電機（jī），采用（yòng）獨立（lì）的扇形定（dìng）子（zǐ）塊結構（gòu），其隨動原理是在定子塊的軸向（xiàng）兩側安裝滾輪且滾輪（lún）貼合（hé）滾筒來確定定子與轉子間的（de）間隙（xì），定子塊徑向外（wài）側設有與支（zhī）撐框架相連的彈性機構（gòu）。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向（xiàng）上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾（gǔn）輪（lún），進（jìn）而（ér）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力的同時，定子塊上的彈性機構（gòu）將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉（zhuǎn）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（zǐ）之間的間隙不變。球（qiú）磨機滾筒向下（xià）複位或繼續向（xiàng）下波動，則上方（fāng）定子塊在受到永（yǒng）磁體對其向（xiàng）下的吸引力（lì）的同（tóng）時，彈性機（jī）構（gòu）將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位（wèi）置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的（de）壓力過大造成滾輪或轉筒磨（mó）損（sǔn）較快。
本產品將永磁電機采（cǎi）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（zǐ）塊構成一（yī）台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉（zhuǎn）子，模塊電機包繞式安（ān）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上的（de）擋板（bǎn）來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜接T型支撐（chēng）板（bǎn）,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（qiú）磨機的徑向依次拆卸密（mì）封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之（zhī）間的連接杆、彈性機構支（zhī）撐架（jià），即可將（jiāng）定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定（dìng）子塊。
3、采用本產品代替傳統（tǒng）磨機的電機驅動（dòng）係統的優點（diǎn）
現階段大多數的球磨機仍采（cǎi）用三相感應電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行驅（qū）動。永（yǒng）磁同步電機與感應電（diàn）機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損（sǔn）耗大大降（jiàng）低，節約了能源。永磁電機（jī）通過變頻器進行調速，電機運行平（píng）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（yǒng）磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器（qì）、及（jí）齒輪的傳動（dòng）環節，縮（suō）短係（xì）統的傳動鏈，直驅（qū）係（xì）統的傳動效率將提升（shēng）至少20%。球磨機（jī）直驅係統的（de）傳動效率不僅得（dé）到大（dà）幅提（tí）升，而且（qiě）直驅係統的故（gù）障率低，維（wéi）護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定（dìng）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。模塊化電機的控製技術（shù）可以（yǐ）實（shí）現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，模塊化電機（jī）采用多（duō）台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降（jiàng）低了（le）電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而（ér）降（jiàng）低成本。球磨機（jī）運行在輕載工況時,完全可以（yǐ）隻（zhī）運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故（gù）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，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而（ér）本產品進行了（le）模塊化設計，每個模（mó）塊電（diàn）機都具有一套獨（dú）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，在發生故障時。可以直接拆（chāi）卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊（kuài）化（huà）電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊（kuài）而（ér）控製其餘正常子模（mó）塊降額運（yùn）行（háng）。使用本產品完全不會因電機發生故（gù）障而（ér）影（yǐng）響（xiǎng）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（chǎn）生震（zhèn）動等因（yīn）素會發生轉子（zǐ）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（xì）大小來預防掃膛，而氣隙增大會導（dǎo）致永磁（cí）體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定（dìng）子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時（shí）保（bǎo）證定子與轉子之間的間（jiān）隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量（liàng），電機（jī）不會發生掃膛現象，同時（shí）因為該隨動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（shì）意圖
二、永（yǒng）磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機（jī）的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多（duō）樣性
傳統立磨速度單一，工況（kuàng）適應能力差（chà）。遇到突發事件，調整磨（mó）鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適（shì）應工況能力強。遇到突發事件，除（chú）調整磨（mó）輾高度（dù）外，還增加了速度（dù）調節以快速（sù）適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相（xiàng）感應電機無法在低（dī）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（guò）程不對電網造成（chéng）過大的衝擊，需增加軟（ruǎn）起動裝置。三相感應電機起動後（hòu），通過減（jiǎn）速（sù）器滿足係統轉矩需要（yào），整個係（xì）統構成複雜，係統運行的輔助設備（bèi）很多。直（zhí）驅係統由變頻控製（zhì）係統控製永（yǒng）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（guò）程隨意設定
傳（chuán）統係統（tǒng）先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感（gǎn）應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無（wú）法實現過載輸出。在低速過程需（xū）要盤車係統，將轉速提高到三相（xiàng）感應（yīng）電機起動條（tiáo）件（jiàn）。直（zhí）驅係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（kòng）製起動（dòng）過（guò）程可根據實際工況進行調整，以滿足各種（zhǒng）工況的需求。低速（sù）可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統（tǒng）係統構成單（dān）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。同時係統（tǒng）無法實現在低速運行的情況下進（jìn）行係統維護。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，控製方便。係（xì）統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低（dī）。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統（tǒng）維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永（yǒng）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）立式鯤磨機直驅係統的優勢與（yǔ）球磨機直驅係統相同，這裏不再一（yī）—贅述。
2、永磁直驅立（lì）磨結構示意圖
本新型（xíng）立（lì）磨結構采用永磁直驅電機驅動（dòng）,提高了立磨效率。在立磨（mó）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機構替代大直徑軸承，方便加工（gōng）、生（shēng）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（zhēn）對大、中、小型不同尺寸的立（lì）磨，分別（bié）設計了三種立磨專用（yòng）永磁電機（jī），代（dài）替（tì）傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構（gòu）與不（bú）同的放置（zhì）位置，均能（néng）達到扶正與承壓的作用，並（bìng）且方便製造、裝配維護，節省成本。均已（yǐ）申請專 利（lì）。
永磁直驅礦用球磨機 
