1、技術背景
傳統（tǒng）的球磨機、立磨機（jī）大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致（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。
沈陽工業大學電機與控（kòng）製技術研究所與河南91视频网機電設備有限公司聯合設（shè）計研發的球磨機、立磨機（jī）采用（yòng）永磁直驅（qū）電機,通過將電動機與機械結構進（jìn）行機電一體化設（shè）計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿（mǎn）足荷載的（de）需求，省去傳統磨機的減（jiǎn）速機，顯著提（tí）高了電（diàn）機的效（xiào）率與功率因數，具有節（jiē）能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護（hù）、自動化程度高等優點。
在控（kòng）製方麵,本產品電（diàn）機定子采用了（le）模塊化設計，不僅降低了（le）加工（gōng）、製（zhì）造、運輸等難（nán）度，還相當於把一個大功率電（diàn）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（dà）功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加（jiā）電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣（yuán）。模塊（kuài）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（yòng）的變頻器容量，從而降低成本。每（měi）個模塊電機（jī）都具有一套獨立的控製係統，大大（dà）提升了（le）電（diàn）機控製的自由（yóu）度，球磨機運行（háng）在輕載（zǎi）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，本產品電機的定子（zǐ）采用了（le）一種自主設計研發的隨動（dòng）式結構，將整（zhěng）圓的定子分成若幹個相（xiàng）互存在（zài）間隙的小扇形塊，通過機械結構設（shè）計，確定了一種無論球（qiú）磨機轉筒是否震動或偏心，定子（zǐ）塊始終跟隨轉筒運動從（cóng）而保持定子與轉子間（jiān）隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計（jì）保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象（xiàng），因此電機的（de）氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多（duō），從而大幅降（jiàng）低電機永磁體（tǐ）用量，降低生產成本，節約稀土資源，節（jiē）能用電量。當模塊發生故障時（shí），直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常（cháng）運行。使用本產品完全不會因電機（jī）發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式（shì）永磁直驅電（diàn）機概述
本產品的（de）隨動式定子結構構成一（yī）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（xuán）轉相當於汽車（chē）在公路行（háng）駛，公路的起伏（fú）不影響車輪與地麵（miàn）貼合，即滾筒偏心浮（fú）動不影（yǐng）響滾輪（lún）貼合滾筒，保證定子（zǐ）、轉子間（jiān）隙恒定，在球磨機因裝（zhuāng）配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因（yīn）造成電機偏心、氣隙不均勻時（shí），仍能正常運轉，保證磨（mó）機始終運行在性能（néng）狀（zhuàng）態，不必（bì）停機檢修。同時電機定子與轉子間（jiān）的（de）間隙也可以做的更小（xiǎo），減少永（yǒng）磁（cí）體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結（jié）構,基於模（mó）塊化（huà）永磁直驅（qū）電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理（lǐ）是在（zài）定子塊的軸向兩（liǎng）側安裝滾輪且滾輪貼（tiē）合滾筒來確定（dìng）定子與轉子間（jiān）的間隙，定子塊徑向外側設有與（yǔ）支撐框架（jià）相連的彈性機構。彈性機（jī）構在球磨機滾筒（tǒng）不偏（piān）心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上（shàng）波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝（zhuāng）的滾輪，進而帶動（dòng）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（duì）其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈（dàn）性機構（gòu）將其向上頂，保證下方（fāng）定子塊（kuài）的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定（dìng）子塊跟隨轉筒（tǒng）波動（dòng）而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間（jiān）的間（jiān）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（cí）體對其向下的吸引力的同（tóng）時，彈（dàn）性機構將上（shàng）方（fāng）其向下壓,下方定子塊被轉（zhuǎn）筒向下壓。
本（běn）產（chǎn）品彈性裝置的壓力大（dà）小可調，對於（yú）不同位（wèi）置（zhì）的定子塊設置不同的壓力,避免因彈（dàn）性裝置設置（zhì）的壓力過大造（zào）成滾輪（lún）或轉（zhuǎn）筒磨損較（jiào）快。
本產品將永磁（cí）電機采用模塊化控製，根據不同功率（lǜ）的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓（yuán）電機由多（duō）台模塊（kuài）電機構成,多台模塊電機共用同一（yī）個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相（xiàng）鄰（lín）隨動式（shì）定子塊間設有（yǒu）固定在支撐框架上的擋板（bǎn）來對定子塊進行圓周方（fāng）向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型（xíng）支撐板,用於支撐安裝（zhuāng）電機轉子鐵心及磁鋼（gāng）。
本產品的隨動式定子（zǐ）塊（kuài）安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨（mó）機的徑向依次拆卸（xiè）密封外殼（ké）、彈性機（jī）構、彈性機構與定子塊之間的連（lián）接杆、彈性（xìng）機構（gòu）支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修（xiū）或（huò）更換新（xīn）的（de）定（dìng）子塊（kuài）。
3、采用本（běn）產品代替傳統磨（mó）機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相（xiàng）感應電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以（yǐ）及齒輪（lún）結構進行驅動（dòng）。永（yǒng）磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數（shù），損耗大大降低，節約了（le）能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統（tǒng）響應速（sù）度快，感應（yīng）電機則起動相對（duì）困難。這些也是近年來永磁電（diàn）機（jī）應用越來越廣泛的原因。
采用永（yǒng）磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒（chǐ）輪的傳動環節，縮短係（xì）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）驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅（qū）係統（tǒng）的故（gù）障率低，維（wéi）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，運輸等難度，還相當於把（bǎ）一（yī）個大功率電機做成（chéng）了多個（gè）小功率電機。模塊化電機的（de）控製技術可以（yǐ）實現降低大功率電機的輸入電壓（yā），但是（shì）不增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電（diàn）機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合供電。這（zhè）樣設計降低（dī）了電機的供電電壓（yā）和使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在（zài）輕載工況時,完全可以隻運行部分模（mó）塊電機驅動球磨機。
傳統電機（jī）故障時（shí），會（huì）導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量（liàng）增加，平均轉矩下（xià）降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產（chǎn）品進行（háng）了模塊化（huà）設計，每個模塊電機都具有一套獨立的（de）控製係統，大（dà）大提升了電機控製的自由度（dù）,可（kě）以利（lì）用其多電機結構和（hé）控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更（gèng）換新的模塊（kuài）電機（jī）即可正常運行。模塊化電（diàn）機具有冗餘的模塊（kuài）數（shù），也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊（kuài）降（jiàng）額運行。使（shǐ）用（yòng）本產品完全不會因電機發生故（gù）障（zhàng）而影響到生產工期。
球磨（mó）機因加工誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變（biàn）或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心（xīn）嚴重（chóng）時還會造成電機（jī）掃膛損壞電機，實際生產中常（cháng）常通過（guò）增（zēng）加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會（huì）導致永磁體用量增加，提（tí）高電（diàn）機製造成本（běn）。隨動（dòng）式（shì）定子結（jié）構的模（mó）塊電機，能（néng）在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可（kě）將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不（bú）會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏（piān）心時能繼續正（zhèng）常工（gōng）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（suí）動式球磨機裝配示意圖
二、永磁（cí）直（zhí）驅立磨技術（shù）
1、立磨直（zhí）驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻（pín）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（néng）力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作（zuò）環境，係統反應（yīng）速（sù）度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節（jiē）以快速適應係統工作環境（jìng），係統反應（yīng）速度更快。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠性高
傳（chuán）統係統因三相感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（mǎn）足立磨的（de）低速起動。為保證在電機起動過程不（bú）對（duì）電網造成過大（dà）的衝擊（jī），需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通（tōng）過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成（chéng）複雜，係（xì）統運行的輔（fǔ）助設備很多。直驅係統由變頻控製（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（qì），輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動（dòng），起動過程隨意設定（dìng）
傳統係統先（xiān）由低速盤車係統起動，待三相（xiàng）感應電機達（dá）到起動條件後，軟起動裝（zhuāng）置起動三相感應電機，係統運行。係統（tǒng）控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係（xì）統，將轉速（sù）提高到（dào）三相感應（yīng）電（diàn）機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製（zhì）起動過程（chéng）可根據實際工況進行調整，以滿足（zú）各種工況的需求（qiú）。低（dī）速可過載輸出，滿足起動（dòng）需要，取代（dài）盤（pán）車係統（tǒng）。
(4）無減速（sù）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，傳統係統構成單元多（duō）。同時立磨減速器（qì）結構複雜需要經常（cháng）維護（hù），維護成本費用高。同時係統無（wú）法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直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（fāng）便。係統（tǒng）內無減速（sù）器，無需額外進行（háng）維護，係統維（wéi）護（hù）成本低。同時，係統可實現在電機低速運行（háng）情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯（xiǎn）
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（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（yī）—贅述。
2、永磁直（zhí）驅（qū）立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用（yòng）永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在（zài）立磨扶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（jī）構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成（chéng）本,在（zài）工程實際中具有（yǒu）很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分（fèn）別設計了三種（zhǒng）立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電（diàn）機具有（yǒu）雙向載荷機構與不（bú）同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利（lì）。
永磁直驅（qū）礦用球磨機 
