1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步（bù）電（diàn）動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機（jī）械傳動（dòng）鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大（dà）等問（wèn）題。
沈陽（yáng）工業大學電機與控（kòng）製技術研究所與（yǔ）河南91视频网機電設備有限公司聯合設計研發的球磨（mó）機、立磨機采用（yòng）永磁直驅（qū）電機,通過將（jiāng）電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方（fāng）案，能直接滿足荷（hé）載的需求，省（shěng）去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能（néng）、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化（huà）程度（dù）高等優點。
在（zài）控製方麵,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（lǜ）電（diàn）機做成（chéng）了多個小功率電機。模塊化電機（jī）的控製技術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入電流，電機不必采（cǎi）用高等（děng）級絕緣。模塊化電機采用（yòng）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（hé）使用的變頻器（qì）容量，從而降低（dī）成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統（tǒng），大大提升了電機控製的（de）自由（yóu）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（jī）驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的（de）定子采用了一種自主設計研（yán）發的隨動式結構，將（jiāng）整圓（yuán）的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過（guò）機械結構設計，確定（dìng）了（le）一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心（xīn），定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與（yǔ）轉子間隙恒（héng）定的（de）結構。本產品通過機械結構設計保證定子（zǐ）與轉子間的間隙恒定，電機（jī）不（bú）會發生掃膛現象，因此電機的氣（qì）隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而（ér）大（dà）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。當模塊發生故障時，直接（jiē）拆卸故（gù）障電機（jī），更換新（xīn）的模塊電機即可正常運行。使用本（běn）產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨（suí）動式永磁（cí）直（zhí）驅電（diàn）機概述
本產品的隨動（dòng）式定子結（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（gǔn）輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影（yǐng）響車（chē）輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合（hé）滾筒，保證定子、轉子（zǐ）間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配（pèi）誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變、重載震動（dòng）等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保（bǎo）證（zhèng）磨機（jī）始終（zhōng）運行（háng）在性能狀態，不（bú）必（bì）停機檢修。同時電機定（dìng）子（zǐ）與轉子間的間隙也可以做的更小，減少（shǎo）永（yǒng）磁體（tǐ）用量，並（bìng）且因為（wéi）隨動式（shì）結（jié）構，電機（jī）不會發生掃膛現象。
本產品電機的定（dìng）子為隨動式結構,基（jī）於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊（kuài）結（jié）構，其隨（suí）動原理（lǐ）是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間（jiān）的間隙，定子塊徑向外側設有與（yǔ）支（zhī）撐框架相連的彈性機構（gòu）。彈性機構在球磨機滾筒不（bú）偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉（zhuǎn）筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向（xiàng）上移動，上方（fāng）彈（dàn）性機構繼續壓縮（suō）;下方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其向（xiàng）上的吸引力的（de）同時，定子（zǐ）塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定（dìng）子塊（kuài）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的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複（fù）位或繼續向下波（bō）動，則上方定子塊在受到永磁（cí）體（tǐ）對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本（běn）產品彈（dàn）性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置（zhì）不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力（lì）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，根據不同功率的電機設（shè）計采用不同個數的隨動（dòng）式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機（jī）由多台模塊電機構成（chéng）,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊（kuài）電機包繞式安裝在球磨機滾筒上（shàng）。相鄰隨動式定（dìng）子塊間設有固定在支撐框架上（shàng）的擋板來對定（dìng）子塊進行圓周方向的限（xiàn）位。球（qiú）磨機（jī）滾筒的法蘭（lán）處銜（xián）接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心（xīn）及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊（kuài）安裝拆卸十分便（biàn）捷，隻（zhī）需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈（dàn）性機（jī）構、彈（dàn）性機構與定（dìng）子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架（jià），即可將定子塊沿徑向拉出（chū），進行檢修或更（gèng）換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係（xì）統的優點
現階段大多數的球磨機（jī）仍采用三（sān）相感應電動機、聯軸器、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優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗（hào）大（dà）大降低（dī），節約了能（néng）源。永（yǒng）磁電機通過變頻器進行（háng）調（diào）速，電機運行平穩，係統響應（yīng）速度快，感應電機則起動相（xiàng）對困難。這些（xiē）也是近年來永磁電機應用（yòng）越來越廣泛的原（yuán）因（yīn）。
采用永磁直驅，取消了中（zhōng）間的減速機、聯（lián）軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直（zhí）驅係統的傳動效率將（jiāng）提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，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（mó）塊化設計，不僅降低了加工，製造，運（yùn）輸（shū）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。模塊化（huà）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（shì）不增加電機的輸入（rù）電流，電機（jī）不必（bì）采用高等（děng）級絕緣，模塊化（huà）電機采用多台小功率變（biàn）頻（pín）器聯合供電。這樣設計（jì）降低了電機的供電電（diàn）壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在（zài）輕載工況（kuàng）時,完全可（kě）以隻運行（háng）部分模塊電機驅動球磨機。
傳（chuán）統電機故障時，會導（dǎo）致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均（jun1）轉矩下降，轉矩波動顯（xiǎn）著增加，無法繼續正常運行。而本產品（pǐn）進行了模塊（kuài）化設計，每個模塊電機都具有一套獨（dú）立（lì）的控製（zhì）係統，大大（dà）提升了電機控製的（de）自由度,可以利用其多（duō）電機結構和控製靈活的優勢，在（zài）發生故障時。可以直接拆卸故（gù）障電機更換新（xīn）的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數（shù），也可切除故（gù）障子模塊而（ér）控製其餘（yú）正（zhèng）常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障（zhàng）而影響（xiǎng）到生產（chǎn）工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒（tǒng）形變或重（chóng）載產生震動等因素會發生轉子偏心現（xiàn）象，偏心嚴重時（shí）還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中（zhōng）常常通（tōng）過增加氣隙大小（xiǎo）來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨（suí）動式定子結構（gòu）的（de）模（mó）塊電機，能在轉筒偏心時保證定子（zǐ）與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永（yǒng）磁體（tǐ）用量，電機不會（huì）發生掃膛現象，同時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（shǎo），工作時間更長，大（dà）體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就（jiù）是提高生產效率（lǜ）。
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（qū）對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製（zhì），實現負載工況多樣性
傳統立磨（mó）速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速（sù）度慢。永磁同步電機采用變頻（pín）調速，適應工況能（néng）力（lì）強。遇到（dào）突發事件，除調整（zhěng）磨輾（niǎn）高度外，還（hái）增加了（le）速度調節以快速（sù）適應係（xì）統（tǒng）工作環境，係統反（fǎn）應速度更快。
(2）係統簡（jiǎn）單,可靠（kào）性高
傳統係統因（yīn）三相感應電機無（wú）法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電（diàn）機（jī）起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足（zú）係統轉矩需要（yào），整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備（bèi）很多。直驅係統由變頻控製係統控（kòng）製永磁同步電機起動，轉矩特性（xìng）滿足需要，無需盤車係統（tǒng）和減（jiǎn）速器，輔（fǔ）助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起（qǐ）動，起動過程（chéng）隨意設定
傳統係統先由（yóu）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）三相感應電（diàn）機，係統運行。係統控製複（fù）雜，低速無法實現過載輸出。在（zài）低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三（sān）相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動（dòng），係統直接運行（háng），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，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出（chū），滿足起動需（xū）要，取代盤車（chē）係統。
(4）無減速器，維護成本更低（dī）,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（gòu）成單元多（duō）。同時（shí）立磨減速器結構複雜需要經常維護（hù），維護成（chéng）本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下（xià）進行係統維（wéi）護。直驅係（xì）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。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維（wéi）護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情（qíng）況下進行係統維護。
(5）傳動效（xiào）率高,節（jiē）能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統（tǒng）驅動係統（tǒng）年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨（mó）機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同（tóng），這裏不再一—贅述。
2、永（yǒng）磁（cí）直（zhí）驅立磨結構示意圖（tú）
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正（zhèng）軸承與（yǔ）壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向（xiàng）載荷扇形模（mó）塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生（shēng）產、運輸、裝配、維修（xiū），並降（jiàng）低（dī）成本,在工程實際中具有很強的實（shí）用型（xíng）。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種（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，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與（yǔ）不同的放置位置，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（shēn）請專 利。
永（yǒng）磁直驅礦用球磨機 
