1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機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，導致球磨機（jī）的（de）傳動係統存在機械傳動鏈（liàn）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全（quán）新機電設備有限公司聯合設計研發的球（qiú）磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計（jì），取消動力傳（chuán）輸的中間（jiān）環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求（qiú），省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率（lǜ）因（yīn）數，具有節能、起動轉矩大、過（guò）載能力強、係統免維護、自動（dòng）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（shè）計，不（bú）僅降低了加工（gōng）、製造、運（yùn）輸（shū）等難度，還（hái）相當於把一個（gè）大功率（lǜ）電機做（zuò）成了（le）多個小功率電機。模（mó）塊化電機的控製技（jì）術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電（diàn）機的輸入（rù）電流（liú），電機不必采用高等級（jí）絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降（jiàng）低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低（dī）成本。每（měi）個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控（kòng）製的自由度，球磨機運行在輕（qīng）載工況時，完全可以（yǐ）隻運行部分（fèn）模（mó）塊電機驅動球磨機。
在結構方（fāng）麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構（gòu），將整圓的定子分成若（ruò）幹（gàn）個相互（hù）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筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運（yùn）動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結（jié）構設計（jì）保證定（dìng）子與轉子間的間隙恒（héng）定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比（bǐ）普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障（zhàng）時（shí），直接拆卸故障電機，更（gèng）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（gù）障而影（yǐng）響到生產（chǎn）工期。
2、球磨機專用隨動式永（yǒng）磁（cí）直驅電機概述
本（běn）產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定（dìng）子塊就像（xiàng）汽車。滾輪貼合滾（gǔn）筒旋轉相當（dāng）於汽車（chē）在公路行駛，公路的（de）起（qǐ）伏不影響車（chē）輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏心浮動不影響滾輪貼（tiē）合滾筒，保（bǎo）證定子、轉子間隙恒定，在（zài）球磨機（jī）因裝配誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變、重載震動（dòng）等原因造成電機偏心、氣（qì）隙（xì）不（bú）均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運（yùn）行在性能狀態（tài），不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙（xì）也可以做的更小，減（jiǎn）少永（yǒng）磁體用量，並且（qiě）因為隨動式結構，電機不（bú）會發生掃膛（táng）現（xiàn）象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於（yú）模塊化永磁（cí）直驅電機，采用獨立的（de）扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安（ān）裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確（què）定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外（wài）側設有（yǒu）與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時（shí）處於半壓縮狀態,如果球磨機滾（gǔn）筒向上（shàng）波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊（kuài）向（xiàng）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（kuài）上的彈性機構將其（qí）向上頂（dǐng），保證下方定子塊的滾（gǔn）輪（lún）依然貼合轉筒外表麵，使定子塊（kuài）跟隨轉筒波動而進行徑（jìng）向與圓周（zhōu）方向的移動，從而保證定子、轉子之（zhī）間的間隙（xì）不（bú）變。球磨機滾筒向（xiàng）下（xià）複位或繼續向下波（bō）動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引（yǐn）力的同時（shí），彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性（xìng）裝置的壓力大小可調，對於不同位置的（de）定子塊設置不（bú）同的壓力（lì）,避免（miǎn）因彈性裝置設置的壓力過（guò）大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁（cí）電機采（cǎi）用模塊化控製，根據不（bú）同（tóng）功率的電機設計采用不同個（gè）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（kuài）電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾（gǔn）筒上。相（xiàng）鄰隨動式定子塊（kuài）間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊（kuài）進行圓周方向（xiàng）的限位。球磨機滾（gǔn）筒的法蘭處銜接（jiē）T型支撐板,用於支（zhī）撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式（shì）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、彈性機構支撐（chēng）架，即可（kě）將定子塊沿徑向拉出，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驅動係統的（de）優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結（jié）構進行驅動。永磁同步（bù）電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電（diàn）機通過變頻器進行調速（sù），電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動（dòng）相對困難。這些也是（shì）近年來永磁電（diàn）機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中（zhōng）間（jiān）的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直（zhí）驅係（xì）統的傳動效率將提升至少（shǎo）20%。球磨（mó）機直驅係統的傳（chuán）動效率不僅得到大（dà）幅提升，而（ér）且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還（hái）避免了傳統設備因漏（lòu）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（dù），還相（xiàng）當於把一個大功率電機（jī）做成了多個小功（gōng）率電（diàn）機。模塊化電機（jī）的控製技術可以實（shí）現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的（de）輸入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣，模塊化電機（jī）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用的變（biàn）頻器（qì）容（róng）量，從而降低成本。球磨機（jī）運（yùn）行在輕載工況時,完全可以隻運行部分（fèn）模塊電機驅（qū）動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸（jī）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（xù）正常運行。而本產品進行了（le）模塊化設計，每個模（mó）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,可以利用其多電機結（jié）構和控製靈活（huó）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（mó）塊化電機具有（yǒu）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。使用本產品完全不會因電機發生故障而（ér）影響到生產工（gōng）期。
球磨（mó）機（jī）因（yīn）加工誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變或重載產生（shēng）震動等因素（sù）會（huì）發生（shēng）轉子偏（piān）心現象（xiàng），偏（piān）心（xīn）嚴重時還會造成電機掃（sǎo）膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大（dà）小來（lái）預防掃膛，而氣隙增大會（huì）導致（zhì）永磁體用量增加，提高電機製造成（chéng）本（běn）。隨動式（shì）定子結構的模塊電機，能（néng）在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量（liàng），電機不會發生（shēng）掃膛現象（xiàng），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，工作時間（jiān）更（gèng）長（zhǎng），大體積（jī）球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動（dòng）式球（qiú）磨機裝配示意圖
二、永磁直驅（qū）立磨技術
1、立磨直（zhí）驅對比於傳統感應電機的優點（diǎn）( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣（yàng）性
傳統立磨速度單一，工況適應（yīng）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（xì）統反應速度慢。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（diào）整磨輾高度外，還增加了速度調節（jiē）以快速適應係統（tǒng）工作環境，係統反應速（sù）度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統（tǒng）因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸（shū）出，需要額外的盤（pán）車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減（jiǎn）速器滿足係統轉矩需要，整個係統（tǒng）構成複雜，係統運行的輔助設備很（hěn）多（duō）。直驅係統由變頻控製係統控製（zhì）永磁同步電機起動，轉矩特性（xìng）滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少（shǎo），結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應（yīng）電機達到起（qǐ）動條件後，軟起動裝置起動三相感應電（diàn）機，係（xì）統運行（háng）。係統控（kòng）製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程（chéng）需要盤車係統（tǒng），將轉速（sù）提高到（dào）三相感應電機起動條件（jiàn）。直驅係統直接變頻低速起動，係統（tǒng）直接（jiē）運行（háng），係統控製簡單（dān）。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（kuàng）的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取（qǔ）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，傳統係統構成單元多。同時立磨減速（sù）器結構複（fù）雜需要（yào）經常維護，維護成（chéng）本費用高。同時係統無法（fǎ）實現（xiàn）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，變頻器控製永磁同步電機（jī）直（zhí）接驅動，控製方便（biàn）。係統（tǒng）內無減（jiǎn）速器，無需（xū）額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在（zài）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（cǎi）用直（zhí）驅（qū）永磁電機（jī）取代（dài）傳統驅動係（xì）統年節電量達181萬元（yuán）。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這（zhè）裏不（bú）再一—贅述。
2、永磁（cí）直驅（qū）立磨結構（gòu）示意圖
本新型（xíng）立磨結構采（cǎi）用永磁直驅電機驅動,提高了立（lì）磨（mó）效率（lǜ）。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扇形（xíng）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,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不（bú）同（tóng）尺寸的立磨（mó），分別設計了三種立（lì）磨專用永磁電機，代替傳（chuán）統的（de）減（jiǎn）速機與三（sān）相異步電動機（jī），永磁直（zhí）驅電機具有雙向載荷機（jī）構（gòu）與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用（yòng），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 
