1、技術背景
傳（chuán）統的球磨機（jī）、立磨機大都采用三相異（yì）步電動機（jī）、聯軸器（qì）、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（jī）械傳動鏈冗長、效率低（dī）、機構複雜、運行維護工作量大等問題（tí）。
沈陽工業大（dà）學電機與控製（zhì）技術研究所與河南春梦直播機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、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，取消動力傳（chuán）輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求（qiú），省去（qù）傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率（lǜ）因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強（qiáng）、係統免維護（hù）、自動（dòng）化程度（dù）高等優點。
在控製方麵（miàn）,本產品電機定（dìng）子采（cǎi）用了模塊化設計，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（zuò）成了多個小功率電機。模塊化電機的控（kòng）製技術可以實現降低（dī）大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用（yòng）高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變（biàn）頻器聯合供電，這樣（yàng）設計降低了電機的供電電（diàn）壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統（tǒng），大大提（tí）升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部（bù）分模塊電機驅動球磨機。
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（fā）的隨動式結構，將整圓（yuán）的（de）定子分（fèn）成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終（zhōng）跟隨（suí）轉筒運動從而（ér）保持定子與轉子間隙恒（héng）定（dìng）的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發（fā）生掃膛現象，因此電機（jī）的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體（tǐ）用量，降（jiàng）低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發（fā）生故障時（shí），直接拆卸故障電機，更換新的模塊（kuài）電機即（jí）可正常運行。使用本產品完（wán）全不會因電機發生故障而（ér）影（yǐng）響到生產工期。
2、球磨機專用隨（suí）動式（shì）永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構（gòu）成一種“小車結構”，滾筒就像（xiàng）公路（lù），定子塊就像（xiàng）汽車。滾輪貼合滾筒（tǒng）旋轉相（xiàng）當於（yú）汽車在公路行駛，公路的起伏（fú）不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（bǎo）證定子、轉子間隙恒定，在球磨（mó）機因裝配（pèi）誤（wù）差（chà）、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時（shí），仍能正常運轉，保證磨機始終運行（háng）在性能狀態，不必停機檢修。同時電機（jī）定子與轉子間的間（jiān）隙也可以做的（de）更小，減少永磁體（tǐ）用（yòng）量，並且因為隨（suí）動式結構，電（diàn）機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原（yuán）理是（shì）在定子（zǐ）塊（kuài）的軸向兩側安裝（zhuāng）滾輪且滾（gǔn）輪貼合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架相連的彈性機構。彈性機構在球磨（mó）機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球（qiú）磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上（shàng）安（ān）裝的滾輪，進而帶（dài）動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續（xù）壓縮;下方定子（zǐ）塊在受到永磁（cí）體對其向上的吸引力的同時，定（dìng）子塊上的彈性機（jī）構將其向上頂，保證下方定子塊的（de）滾輪依然貼合轉筒（tǒng）外表麵，使（shǐ）定子塊跟隨轉筒波動而進行（háng）徑向與圓周方向的移動，從（cóng）而（ér）保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波（bō）動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸（xī）引（yǐn）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）產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同（tóng）位置的定子塊設置不同的壓力（lì）,避免因彈性裝置（zhì）設置的（de）壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較（jiào）快。
本產品將永磁電機采用模塊（kuài）化（huà）控製，根據（jù）不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊（kuài）構成一台模塊電（diàn）機，一台整圓電機由多台模塊電機（jī）構成,多台模塊電機共用同（tóng）一（yī）個轉子，模塊電機包繞式安（ān）裝（zhuāng）在球（qiú）磨機滾筒上。相鄰（lín）隨動（dòng）式定子塊間設有固定在支撐框架（jià）上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐（chēng）板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十（shí）分便捷，隻需要沿球磨機的徑（jìng）向依次拆卸（xiè）密封外殼、彈性機構、彈性機構與定（dìng）子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可（kě）將定子塊沿徑向拉出，進行檢（jiǎn）修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替（tì）傳統（tǒng）磨機的（de）電機（jī）驅動係統的優點
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（jí）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（hé）功（gōng）率因數，損（sǔn）耗大大降低，節約了能源。永磁電機（jī）通過變頻器進行調速（sù），電（diàn）機運行平穩，係統響應速度快，感應（yīng）電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁（cí）電機應用越來越廣泛的原（yuán）因（yīn）。
采用永磁直驅，取消（xiāo）了中間的減速（sù）機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統（tǒng）的傳動鏈，直驅係統的傳（chuán）動效率將提升（shēng）至少（shǎo）20%。球磨機直驅係統的傳（chuán）動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係（xì）統的（de）故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏（lòu）油造（zào）成環境汙染。
由於（yú）本產（chǎn）品電（diàn）機定（dìng）子（zǐ）采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）低了加工，製造，運（yùn）輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了（le）多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可（kě）以（yǐ）實現降低大功率電機的（de）輸入電壓，但是不增加電機（jī）的輸入電流，電機不必采用高等級絕（jué）緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了（le）電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量，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（diàn）機驅動球磨機（jī）。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含（hán）量（liàng）增加，平均轉矩下降，轉（zhuǎn）矩波動顯著增加，無法繼續（xù）正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每（měi）個模塊電機都具有一套獨立的控製係（xì）統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控（kòng）製靈活的優（yōu）勢，在發生故障（zhàng）時。可以直接拆卸故障電機更換（huàn）新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘（yú）的模塊數，也可切除故障子模塊而（ér）控製其餘正常（cháng）子模塊降額（é）運行。使用本產品（pǐn）完全不（bú）會因電機（jī）發生故障而影響到生產工期。
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（diàn）機，實際生產（chǎn）中常常（cháng）通（tōng）過增加（jiā）氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構（gòu）的模塊電機，能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（de）更小，減（jiǎn）少永磁體用量（liàng），電機不會發（fā）生掃膛現象，同時因為該隨（suí）動式定子結構在偏心時能繼續（xù）正常工作，檢修次數更少，工作（zuò）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率。
4、隨動式球磨機（jī）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電機的優點（diǎn）( 1）變頻調速控製，實現負（fù）載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工（gōng）況（kuàng）適應能力差。遇到突（tū）發事件，調整磨鞮高度來（lái）改（gǎi）變係（xì）統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機（jī）采用變頻調（diào）速，適應（yīng）工況能（néng）力（lì）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（sù）適應（yīng）係（xì）統工作環境，係統反應速度更（gèng）快。
(2）係統簡單,可靠性高（gāo）
傳統係統（tǒng）因三相感應電（diàn）機無法在低速實現（xiàn）大轉矩（jǔ）輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低（dī）速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊（jī），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（zú）係統（tǒng）轉矩（jǔ）需要，整個係統構成複（fù）雜（zá），係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉（zhuǎn）矩特性滿足需要，無需盤車係統和減（jiǎn）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
傳統係統先由低速盤車係統（tǒng）起動，待（dài）三相感應電機（jī）達到起動條件後，軟起動裝（zhuāng）置起動三相感應電機，係統運（yùn）行。係統（tǒng）控製複雜，低速（sù）無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將（jiāng）轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻（pín）低速起動，係統直接運行，係統控製（zhì）簡單。變頻控製起動（dòng）過程可根（gēn）據實際工（gōng）況（kuàng）進行調整，以滿足各種工況（kuàng）的需求。低（dī）速可過載輸出，滿（mǎn）足起動需要，取代盤車（chē）係統。
(4）無減速器，維（wéi）護成本更低,維護次數少
係（xì）統各構成單元均需要時常檢查和（hé）定期維（wéi）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（gāo）。同時係統無（wú）法實現在低速運行的情況（kuàng）下進行係統維護（hù）。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永（yǒng）磁同步電機直接（jiē）驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低（dī）。同時，係統（tǒng）可實現在電機低速運行情（qíng）況下進（jìn）行（háng）係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上（shàng）采用直驅永磁電機取代傳統驅（qū）動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直（zhí）驅係統的優勢與球磨機直（zhí）驅係統相（xiàng）同，這裏不（bú）再一—贅（zhuì）述。
2、永磁直驅立磨（mó）結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直（zhí）驅電機驅（qū）動,提高了立磨效（xiào）率。在立磨（mó）扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過（guò）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（chǎn）、運輸、裝配、維修，並降低成本,在（zài）工程實際中具有很（hěn）強的實用型（xíng）。
針對大、中、小型不（bú）同尺寸的（de）立磨，分別設計了三種立磨專用永（yǒng）磁電機，代替傳統的減速機與三相（xiàng）異步電（diàn）動機，永（yǒng）磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置（zhì），均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節（jiē）省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦（kuàng）用球磨機 
