1、技術背景
傳統的（de）球磨機、立磨機大都采用三相異步電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅動，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（hù）工作量大等問題。
沈陽工（gōng）業大學電機與控（kòng）製技術研究所與河南全新機電設備有限公（gōng）司聯合設計（jì）研發（fā）的球磨機、立磨機采（cǎi）用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機（jī）電一（yī）體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直（zhí）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與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能（néng）力（lì）強、係統免維護、自動（dòng）化程度高等優點。
在控製方麵,本（běn）產（chǎn）品電機定子采用了模塊化設計（jì），不僅降低了加工（gōng）、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做（zuò）成了多（duō）個小功率電機。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。模塊化電機采用多台小功率變（biàn）頻（pín）器聯合供（gòng）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，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）機（jī）控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時（shí），完全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動球（qiú）磨機。
在結構方麵，本產品電機（jī）的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓（yuán）的定子分（fèn）成若幹個相互存（cún）在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機（jī）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轉子間隙恒定的結構（gòu）。本產品通（tōng）過機械結構設計保證定（dìng）子與轉子間（jiān）的間（jiān）隙恒定，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（diàn）機的小很（hěn）多，從而大幅降（jiàng）低電機（jī）永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資（zī）源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更（gèng）換（huàn）新的模塊電機即可正常運行。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、球磨機專用隨動式永磁直驅（qū）電機概述（shù）
本產品的隨動式定子結構（gòu）構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定（dìng）子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車（chē）輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形（xíng）變、重載震動等原因造（zào）成電機偏心、氣隙（xì）不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運（yùn）行在（zài）性（xìng）能（néng）狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉（zhuǎn）子間的間隙也可以做的更小，減少永磁（cí）體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨（suí）動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨（dú）立的扇形定子塊結（jié）構，其隨動原理是在定子塊的軸向（xiàng）兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子（zǐ）塊徑向外側（cè）設有與支撐框（kuàng）架相（xiàng）連的彈性機構。彈性（xìng）機構（gòu）在（zài）球磨機滾筒不偏心時處於半（bàn）壓縮狀態,如果球磨機滾（gǔn）筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂定（dìng）子塊上安裝的滾輪，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其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機（jī）構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然（rán）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（xiàng）下複位或繼續向下波動，則上方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其（qí）向下的吸引力的同時，彈性機（jī）構將上方其（qí）向下壓,下方定（dìng）子塊被（bèi）轉筒向下壓（yā）。
本產品彈性裝置的壓力大小可調（diào），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（chéng）滾輪或轉（zhuǎn）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（de）電（diàn）機設計采（cǎi）用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊（kuài）電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上（shàng）。相鄰隨動式定子塊間設有固（gù）定在支撐框架上的擋板來對定子塊（kuài）進行圓周方（fāng）向的限位。球磨機（jī）滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用（yòng）於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本（běn）產品（pǐn）的隨動式（shì）定子塊安裝（zhuāng）拆卸十分便捷（jié），隻需要沿（yán）球磨機的（de）徑向依（yī）次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑（jìng）向拉出，進（jìn）行檢修或更換（huàn）新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機（jī）驅動係統的優點
現階段大多（duō）數的球（qiú）磨機仍采用三相感應（yīng）電動機、聯（lián）軸器、減速裝置以及（jí）齒輪結構進行驅動。永磁同步電機（jī）與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。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（diàn）機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越（yuè）來（lái）越廣（guǎng）泛的原因。
采用永磁直驅，取（qǔ）消（xiāo）了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮（suō）短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率（lǜ）將提升至少20%。球磨（mó）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（gù）障率低，維護檢修方便，還避免了傳（chuán）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（huà）設計，不僅降（jiàng）低了加工（gōng），製造，運輸等難（nán）度，還相當於把（bǎ）一（yī）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（jiàng）低（dī）大功率電（diàn）機（jī）的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電（diàn）流，電（diàn）機不必（bì）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使（shǐ）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（qū）動球磨機。
傳統電機故障（zhàng）時，會導致電機（jī）合（hé）成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平（píng）均轉矩下降，轉矩波動顯著（zhe）增加（jiā），無法繼續（xù）正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機（jī）都具有一套（tào）獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多（duō）電（diàn）機結構和控（kòng）製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故（gù）障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊（kuài）化電機具（jù）有冗餘的模塊數，也可切除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（quán）不（bú）會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工（gōng）誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變（biàn）或重載產生震動等因素會發（fā）生轉（zhuǎn）子偏心現象，偏（piān）心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電（diàn）機，實際生產（chǎn）中（zhōng）常常通過增加氣隙大小來（lái）預防掃（sǎo）膛，而氣隙增大會導致永磁（cí）體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電（diàn）機，能在轉筒偏心時保證定子與（yǔ）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，電機不會發生（shēng）掃膛現（xiàn）象，同（tóng）時因為該隨動式定子結構在偏（piān）心時能（néng）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（xiào）率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立（lì）磨技（jì）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，實現負載工況多樣性
傳統立磨（mó）速度單一，工（gōng）況適應（yīng）能力（lì）差。遇到突發事件，調整磨（mó）鞮高（gāo）度來改（gǎi）變係統工作環境（jìng），係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻（pín）調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應（yīng）電機無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（de）低（dī）速起動。為保（bǎo）證在電（diàn）機起動過程不對電網造成過（guò）大的衝（chōng）擊，需（xū）增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，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（duō）。直驅係統由變頻控製係統控製永磁（cí）同步電機起動，轉（zhuǎn）矩特性滿足需要，無（wú）需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構（gòu）簡單。
(3）變頻器軟起（qǐ）動，起動過程隨意設定
傳（chuán）統係統先由低速盤（pán）車係統起動，待三相感（gǎn）應（yīng）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。係統控製複（fù）雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變（biàn）頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻（pín）控製起動過程可根據（jù）實（shí）際工況進行調整，以滿足各種工況（kuàng）的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維（wéi）護次（cì）數少
係統各構成單元均需要時（shí）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。同時係統無法（fǎ）實現在（zài）低速運行的（de）情況下進行係統維護。直驅係統構成單元（yuán）簡單，變頻（pín）器控製永（yǒng）磁同步電機直接驅（qū）動，控製（zhì）方便。係統內無減速（sù）器（qì），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（sù）運行情況下進行係統維護。
(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（jiē）電量達181萬元。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優（yōu）勢與球（qiú）磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨（mó）結構采用（yòng）永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。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（hé）扇（shàn）形（xíng）模（mó）塊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（de）實用型（xíng）。
針（zhēn）對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立（lì）磨專用永磁電（diàn）機，代替傳統的減速機與三相異（yì）步電動機，永磁直驅電機具（jù）有雙向載荷機構與不同的（de）放置位置，均能達到扶正（zhèng）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。
永磁直驅礦用球磨機 
