1、技術背景
傳統的球磨機（jī）、立磨機大都（dōu）采（cǎi）用三相異步電動機、聯（lián）軸器、減速裝置以（yǐ）及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳（chuán）動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運（yùn）行維護（hù）工作量大等問題（tí）。
沈（shěn）陽工業大學電機與控製技（jì）術研究所（suǒ）與河南全新機電設備有限公司（sī）聯合設計研（yán）發的球磨機、立磨機采（cǎi）用永磁（cí）直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機（jī）電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案（àn），能（néng）直接滿足荷載的需求，省去傳統磨（mó）機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率（lǜ）因數，具有節能、起動轉（zhuǎn）矩大、過（guò）載能力強、係統（tǒng）免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,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（nán）度（dù），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可以實現降低大（dà）功率電機的輸入電壓，但是不（bú）增加（jiā）電機的輸入（rù）電流，電（diàn）機不必（bì）采用高等級絕緣。模塊化電機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的（de）供電電壓和使用的變頻器容量，從而降（jiàng）低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機（jī）控製的自由（yóu）度，球磨機運行在輕載工況（kuàng）時，完全可（kě）以隻（zhī）運行部分模（mó）塊（kuài）電機驅動球磨機。
在（zài）結構（gòu）方麵，本（běn）產品電機的定（dìng）子采用了一種自主（zhǔ）設計研發的隨動式結構，將整圓的定（dìng）子（zǐ）分（fèn）成（chéng）若幹個相互存在間隙的小（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（zhèn）動（dòng）或偏心，定（dìng）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。本產品通過機械（xiè）結構設計保證定子與（yǔ）轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁（cí）直（zhí）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（běn），節（jiē）約稀土資源，節能（néng）用電量。當（dāng）模塊發生故障時，直接拆卸故（gù）障電機（jī），更換新的模塊電機即可正常運行。使用本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）動式永磁直驅電機概述
本（běn）產品的（de）隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車（chē）。滾輪貼（tiē）合滾筒旋（xuán）轉相當於汽車（chē）在公路行駛，公路（lù）的起伏不（bú）影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心（xīn）浮動不影響滾輪（lún）貼合滾筒，保證（zhèng）定子、轉子間隙（xì）恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨（mó）損、滾（gǔn）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（cháng）運轉，保證磨機始（shǐ）終運行在性能狀態（tài），不必停（tíng）機檢修。同（tóng）時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小（xiǎo），減少永（yǒng）磁體用量，並且因為隨動式結構，電（diàn）機不會（huì）發生掃膛現象。
本產品電機的定子為（wéi）隨（suí）動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用（yòng）獨（dú）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）輪貼合（hé）滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框（kuàng）架相（xiàng）連的彈性機構。彈性機構（gòu）在球磨機滾（gǔn）筒不偏心（xīn）時處（chù）於半壓縮狀態（tài）,如果球磨（mó）機滾筒（tǒng）向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾（gǔn）輪，進而帶動定子塊（kuài）向上移動，上方彈（dàn）性機構繼續壓縮;下方（fāng）定子塊在受到永磁體對其向（xiàng）上的吸引力的同時，定子塊（kuài）上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪（lún）依然貼合轉筒外表（biǎo）麵，使定（dìng）子（zǐ）塊跟隨轉筒波（bō）動而進行徑（jìng）向與圓（yuán）周方向的（de）移動，從而（ér）保證定子、轉子（zǐ）之間的間隙不（bú）變。球（qiú）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（xià）的吸引力的（de）同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子（zǐ）塊被轉筒向下壓。
本產品（pǐn）彈性裝置的壓力大小可調，對於不同（tóng）位置的（de）定子塊設（shè）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（zhuǎn）筒磨（mó）損較快。
本產品將永磁電機（jī）采用模塊化控（kòng）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）塊構成一台模塊電機，一（yī）台整圓電機由多台模塊電（diàn）機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞（rào）式安裝在球（qiú）磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間（jiān）設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方（fāng）向的限位（wèi）。球磨機（jī）滾筒的法（fǎ）蘭處銜接（jiē）T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定（dìng）子塊安裝拆卸十分便（biàn）捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性（xìng）機構與定（dìng）子塊之間的連接杆、彈性（xìng）機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
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（duàn）大多數的球（qiú）磨機仍采用三相感應電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝（zhuāng）置以及齒輪結構（gòu）進行（háng）驅動。永（yǒng）磁同步電（diàn）機與感應（yīng）電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大（dà）降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速（sù），電機（jī）運行平穩，係統響應速度快，感應電機則（zé）起動相對困難。這些也是近年來（lái）永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、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%。球磨機直驅係（xì）統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係（xì）統（tǒng）的故障率低，維護（hù）檢修方便，還避免（miǎn）了傳統設備因（yīn）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（jiàng）低了加工，製造，運輸等難度，還相（xiàng）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可以實現降低大功（gōng）率電機（jī）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（jué）緣（yuán），模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合（hé）供電。這樣設計降低了電機的供電（diàn）電壓和使用的變頻器（qì）容量，從而降低成本。球磨機運行在（zài）輕（qīng）載工況時,完全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動球磨機。
傳（chuán）統電機故障時，會（huì）導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增（zēng）加，平均轉矩下降（jiàng），轉矩波動顯著增（zēng）加，無法繼續正常運行。而（ér）本產品（pǐn）進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一（yī）套獨立（lì）的（de）控製係統，大大提升了（le）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。可以直接拆卸（xiè）故障電機更換新的模塊電機即可（kě）正常運行。模塊化電機（jī）具（jù）有冗餘的（de）模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正（zhèng）常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機（jī）發生（shēng）故障而影響到生產工（gōng）期。
球磨機因加工（gōng）誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等（děng）因（yīn）素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會（huì）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（qì）隙增（zēng）大（dà）會導致永磁體用（yòng）量增加，提（tí）高電機（jī）製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間（jiān）隙恒定，可將氣（qì）隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該（gāi）隨動（dòng）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（cì）數就是提高生產效率。
4、隨（suí）動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應（yīng）電機（jī）的優點( 1）變（biàn）頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一（yī），工（gōng）況適應能力差。遇到（dào）突（tū）發事件（jiàn），調整（zhěng）磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢（màn）。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（jiàn），除調整磨輾高（gāo）度外，還增加了速度調節以（yǐ）快速適應係（xì）統工作（zuò）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電機無法在低速實現大轉矩輸（shū）出，需要額（é）外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起（qǐ）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（gǎn）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（yùn）行的輔助（zhù）設備（bèi）很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩（jǔ）特（tè）性滿足需要，無需盤車係統和（hé）減速（sù）器（qì），輔（fǔ）助係（xì）統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先（xiān）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應電機，係統運（yùn）行。係統控製（zhì）複雜，低速無法實現（xiàn）過載輸出。在低速（sù）過程需要盤車係統，將轉速提高到三相（xiàng）感應電機起（qǐ）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。變頻控製起動過程可（kě）根據實際工況進行調整（zhěng），以滿足各種工況的（de）需求（qiú）。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,維護次（cì）數少
係統各構成單元均需要（yào）時常（cháng）檢查和定（dìng）期維護，傳統係統構成單元（yuán）多。同時立磨減速（sù）器結構複雜需要經常（cháng）維護，維護成本（běn）費（fèi）用高。同時（shí）係統（tǒng）無法實現（xiàn）在低（dī）速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製（zhì）永磁同步電機直接驅動，控製方便（biàn）。係（xì）統內無減速（sù）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（xià）進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上（shàng）采用直驅永磁電（diàn）機（jī）取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與（yǔ）球磨機直（zhí）驅係統相同，這裏不再一—贅（zhuì）述。
2、永（yǒng）磁直驅立磨結構（gòu）示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提（tí）高（gāo）了（le）立磨效率。在（zài）立磨扶正軸承與（yǔ）壓（yā）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、生（shēng）產、運輸、裝配、維修（xiū），並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺（chǐ）寸的（de）立磨（mó），分別設計了（le）三種立磨專用（yòng）永（yǒng）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不同的放置位（wèi）置（zhì），均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製（zhì）造、裝配維護，節省成本。均已申請（qǐng）專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
