1、技術背景
傳統的球磨機（jī）、立磨機大（dà）都采用三相異步（bù）電動機、聯軸（zhóu）器、減速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械傳（chuán）動鏈冗長、效率（lǜ）低、機構複雜、運行維護（hù）工作量大等問（wèn）題。
沈陽工業大學（xué）電機與控製技術研究所與（yǔ）河南全新（xīn）機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨（mó）機采用永磁直驅電機,通過將電動（dòng）機與機械結構進行機（jī）電一體（tǐ）化設計，取消動力傳輸的（de）中間環節，做成直（zhí）驅方案，能直接（jiē）滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減（jiǎn）速機，顯著提高了電機的效率與功（gōng）率因數，具（jù）有節能、起動（dòng）轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動（dòng）化程度高（gāo）等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設（shè）計（jì），不僅降低（dī）了加工、製造、運輸等難度，還相當於（yú）把一個（gè）大功率電機做成了多個小（xiǎo）功率（lǜ）電機。模塊（kuài）化電機的控製技術可以實現降低大功（gōng）率電機的輸入電壓，但是不增加（jiā）電機的輸入電流，電機不必（bì）采用高（gāo）等級絕緣（yuán）。模塊化電（diàn）機采用多台小功率變頻器聯合供電，這（zhè）樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變（biàn）頻器容量，從而降（jiàng）低成本。每個（gè）模塊（kuài）電機都具有（yǒu）一套獨立的（de）控製（zhì）係統，大大提升了電機控製的（de）自由度，球（qiú）磨（mó）機運行在輕載（zǎi）工況時，完全（quán）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（diàn）機的（de）定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存（cún）在間隙的小扇（shàn）形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒（tǒng）是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持（chí）定子與（yǔ）轉子間隙恒定的結構（gòu）。本產品通過機械結構設計保（bǎo）證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛（táng）現（xiàn）象，因此電機的（de）氣隙可以設計的比普通永磁直（zhí）驅電機的小（xiǎo）很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀（xī）土資源（yuán），節能（néng）用電量。當模塊發生（shēng）故障時，直接拆（chāi）卸故障電機，更換（huàn）新的模（mó）塊電機即可正常運行（háng）。使（shǐ）用本（běn）產品（pǐn）完全（quán）不（bú）會因電機發生故障而影響到生（shēng）產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁（cí）直驅電機概（gài）述
本產品的隨動（dòng）式定子結構構成一種“小車結（jié）構”，滾筒就像公路，定子塊（kuài）就像汽車（chē）。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，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（wù）差（chà）、軸（zhóu）承磨損（sǔn）、滾筒（tǒng）形變、重載震動等原（yuán）因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正（zhèng）常運轉（zhuǎn），保（bǎo）證磨機始終（zhōng）運（yùn）行在性能狀態，不必停機檢修（xiū）。同時（shí）電機定子（zǐ）與轉子間的間隙也可以做的更小，減（jiǎn）少（shǎo）永磁體用量（liàng），並且因為隨動式（shì）結構，電機（jī）不會發生掃膛現象。
本（běn）產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永（yǒng）磁直（zhí）驅電機，采用（yòng）獨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輪貼合滾筒來確定（dìng）定子與轉子間（jiān）的間隙，定子（zǐ）塊徑向外側設有與（yǔ）支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機（jī）滾（gǔn）筒不（bú）偏心時處（chù）於半壓縮（suō）狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定（dìng）子塊向（xiàng）上移動，上方彈性機構繼續壓縮（suō）;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（dàn）性機構將其向上頂，保證下方定子塊（kuài）的滾輪依然貼合轉筒（tǒng）外表麵，使定子塊（kuài）跟隨轉筒波動而（ér）進行徑向（xiàng）與圓周方向的移動，從而保證定子、轉（zhuǎn）子之間的間隙不變。球磨機滾（gǔn）筒向下複位或繼續（xù）向下波動（dòng），則上方定子塊在受到永磁體對其（qí）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。
本產品彈性（xìng）裝置的壓力大小可調，對於不同位置（zhì）的定子塊（kuài）設置不同的壓（yā）力,避（bì）免因彈性裝置設置的壓力過（guò）大造成（chéng）滾輪或（huò）轉筒磨損較快。
本產品將（jiāng）永磁電機采（cǎi）用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成（chéng）一台模塊電機，一台整圓電機由多台模（mó）塊電（diàn）機構（gòu）成,多台模（mó）塊電機共用同一個（gè）轉子，模塊電機（jī）包繞式（shì）安裝在球磨（mó）機滾筒（tǒng）上。相鄰隨動式定子塊間（jiān）設有固（gù）定在支撐框架上的擋板來（lái）對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機（jī）滾筒的（de）法（fǎ）蘭處銜（xián）接T型（xíng）支（zhī）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（fèn）便捷，隻（zhī）需要沿球磨機的徑向依次（cì）拆（chāi）卸密封外（wài）殼、彈性（xìng）機構、彈性機構與定子塊之間（jiān）的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換（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（yōu）點
現階段（duàn）大多數的球磨機（jī）仍（réng）采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以（yǐ）及齒（chǐ）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，損耗大大（dà）降低，節約了能（néng）源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行（háng）平（píng）穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電（diàn）機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的（de）傳動鏈，直驅係統的傳動效率（lǜ）將（jiāng）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（tí）升，而且直驅係統的故障率低，維護檢（jiǎn）修方便，還避免（miǎn）了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於（yú）本產品電機定（dìng）子采用了模（mó）塊化設（shè）計，不僅（jǐn）降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多（duō）個（gè）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（diàn）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（gōng）率變頻（pín）器聯（lián）合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使用（yòng）的變頻器（qì）容量，從而降低（dī）成本。球磨機（jī）運行在輕載工（gōng）況時,完全可以隻運行部分（fèn）模塊電機（jī）驅動球磨機（jī）。
傳統電機故（gù）障時，會導致（zhì）電機合（hé）成（chéng）磁動勢發生畸變，諧波含（hán）量增加，平均轉矩下降（jiàng），轉矩波動顯著增（zēng）加，無法（fǎ）繼續正常運行。而本產品進行（háng）了模塊化設計，每個（gè）模塊電機都具有一套（tào）獨立的控製係統，大大提升了電機控製的（de）自（zì）由度,可以（yǐ）利用其（qí）多電（diàn）機結構和控製靈活的優（yōu）勢，在發生故障時。可（kě）以直接拆卸故障電機更換新的模塊（kuài）電機（jī）即可正常運行。模塊化（huà）電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊（kuài）而控（kòng）製其餘正常子模塊降額運行。使用本（běn）產品完全（quán）不會因電機（jī）發生故障而影響到生產工期（qī）。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛（táng）損壞電機，實（shí）際生產中（zhōng）常常通過增加氣隙大小來預防掃膛（táng），而氣隙（xì）增大會導致永磁體用量（liàng）增加，提高電機製造（zào）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（zǐ）與轉（zhuǎn）子之間的間隙恒定（dìng），可（kě）將氣隙做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，電機不會發生掃（sǎo）膛現象，同時因為該隨動式定（dìng）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（dà）體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝（zhuāng）配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立（lì）磨直驅對比於傳統感應（yīng）電機（jī）的優點( 1）變頻調速（sù）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）能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改（gǎi）變係統工作環境，係統（tǒng）反應速度慢。永磁同步電機采用（yòng）變頻調速，適應工（gōng）況（kuàng）能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了（le）速度調節以快速適應係（xì）統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統（tǒng）係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸（shū）出，需要額外的盤（pán）車（chē）係統滿足立磨的低（dī）速起動。為保證在電機起動過程不對（duì）電網（wǎng）造成過（guò）大的衝擊（jī），需增加（jiā）軟起動裝置。三相感應電機（jī）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（zhì）永磁（cí）同步電機起（qǐ）動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳（chuán）統係統先由低速盤車（chē）係統起動，待三（sān）相感（gǎn）應電機達到起動條件後，軟起動裝置起（qǐ）動三相感應（yīng）電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低（dī）速過（guò）程需要盤車係統，將轉速提（tí）高到三相感應電機起動條件。直驅係統（tǒng）直接變（biàn）頻低速起動，係（xì）統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過（guò）程可根據實（shí）際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需（xū）要，取代盤車（chē）係統（tǒng）。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單元（yuán）均需要時常檢查和定（dìng）期維護，傳統係統構成（chéng）單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維（wéi）護成本費（fèi）用高。同時係統無法實現在低速運行的情況（kuàng）下進行係統維護（hù）。直（zhí）驅係統構成單元簡單，變（biàn）頻器控（kòng）製永磁同步電機直（zhí）接驅動，控製方便。係統內無減（jiǎn）速（sù）器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現（xiàn）在電機低速運（yùn）行情（qíng）況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁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（shì）鯤（kūn）磨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、永磁直（zhí）驅立磨（mó）結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高（gāo）了立磨效（xiào）率。在立（lì）磨扶正軸承與壓力軸（zhóu）承上進行（háng）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、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有（yǒu）很強的實用型。
針對大（dà）、中、小型不同尺（chǐ）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（jī）與（yǔ）三相異步電動機，永磁直驅電機具有（yǒu）雙向載荷（hé）機構與不同的放置位置，均能達（dá）到扶正與承壓的作用，並且方便製（zhì）造、裝配維護，節（jiē）省成本。均已申請專 利。
永磁直（zhí）驅礦用球（qiú）磨機 
