1、技術背景
傳統（tǒng）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、運行維護工（gōng）作量（liàng）大（dà）等問題。
沈陽工業大學電機與控（kòng）製技術研究所與河南春梦直播機（jī）電設備有限（xiàn）公司聯合設（shè）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（háng）機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環（huán）節，做成直驅方（fāng）案，能直接滿（mǎn）足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提（tí）高（gāo）了（le）電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉（zhuǎn）矩大、過載能力強、係統（tǒng）免維護、自動化程度高等優點。
在（zài）控製方麵,本產品電機定子采用了模（mó）塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸（shū）等難度，還相當於把一個大功率電機（jī）做成了多個小功（gōng）率電機。模塊化電機的控製（zhì）技（jì）術可以實現降（jiàng）低大功率電（diàn）機的輸（shū）入電壓，但是不（bú）增加電機（jī）的輸入電流，電機不必采（cǎi）用高等級絕緣。模塊化電（diàn）機（jī）采（cǎi）用（yòng）多台小功率（lǜ）變頻器聯合供電，這（zhè）樣設計降低了（le）電機的供（gòng）電電壓（yā）和使（shǐ）用的變頻（pín）器容量，從而降（jiàng）低成本。每個模塊電（diàn）機都具有一套（tào）獨立的控製係統（tǒng），大大提升了電機控製（zhì）的自由（yóu）度，球磨機運行在（zài）輕（qīng）載工況時，完全可（kě）以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方（fāng）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（shì）結構，將整圓的定子分成若幹個（gè）相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種（zhǒng）無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動（dòng）從而保持定子與轉子（zǐ）間隙恒定的（de）結構。本產品通過（guò）機（jī）械結構設計（jì）保證定子與（yǔ）轉子間（jiān）的間隙（xì）恒定（dìng），電機（jī）不會發生掃膛現象（xiàng），因此電機的氣隙可以設計（jì）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用（yòng）量，降低生產成本，節約稀土資（zī）源，節能用電量。當（dāng）模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，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（fā）生故障而（ér）影響到生產（chǎn）工期（qī）。
2、球磨（mó）機（jī）專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨（suí）動式定子結構構成一種“小車（chē）結（jié）構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的（de）起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼（tiē）合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在（zài）球磨機因裝配誤差、軸（zhóu）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，仍能正（zhèng）常運（yùn）轉，保（bǎo）證磨機始終運行（háng）在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子（zǐ）與轉子間的間（jiān）隙也可（kě）以做的更小，減少永（yǒng）磁體用量，並且因為（wéi）隨動式（shì）結構，電（diàn）機不會發生掃（sǎo）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（lì）的扇形定子塊結構（gòu），其隨（suí）動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且（qiě）滾輪貼合滾筒來確定定子與轉（zhuǎn）子間（jiān）的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框（kuàng）架相連的（de）彈性機構。彈性機構在球（qiú）磨機滾筒不（bú）偏心時處於半壓（yā）縮狀態（tài）,如果球磨機滾筒向上波（bō）動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動（dòng）定子塊向上移動，上方彈（dàn）性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁（cí）體對其向上的吸引（yǐn）力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保（bǎo）證下方定子塊的滾輪依然（rán）貼合轉（zhuǎn）筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動（dòng）而進行（háng）徑（jìng）向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波（bō）動（dòng），則上方定子塊在受到永磁（cí）體對其向下的吸引力的同時，彈性機構（gòu）將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的（de）壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置（zhì）不同的壓力,避免因彈性（xìng）裝置設（shè）置（zhì）的壓（yā）力過（guò）大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模（mó）塊（kuài）化控製，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）構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構（gòu）成,多台模塊電機共用同（tóng）一個轉子，模塊電機（jī）包繞式安裝在球磨機滾（gǔn）筒上。相鄰隨動式定子塊（kuài）間設有固定在支撐框架上的擋板來（lái）對定子塊進行圓（yuán）周方向的限位。球（qiú）磨機滾（gǔn）筒的法蘭處銜接T型支撐（chēng）板,用於（yú）支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品（pǐn）的隨動式（shì）定子塊安裝拆（chāi）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間（jiān）的連接（jiē）杆、彈性機構支撐（chēng）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（jī）、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢（shì）是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行（háng）平穩，係統響應速度快，感應電（diàn）機則起（qǐ）動相對困難。這些也是近年來（lái）永磁電（diàn）機應用越來越廣泛的原（yuán）因（yīn）。
采（cǎi）用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環（huán）節，縮短（duǎn）係統的傳動鏈，直驅係統（tǒng）的（de）傳（chuán）動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的（de）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，還避免了傳統（tǒng）設備因漏油（yóu）造成環境汙染。
由（yóu）於本產品（pǐn）電（diàn）機定子采（cǎi）用了模塊化設計（jì），不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功（gōng）率電機做（zuò）成了（le）多個小功率（lǜ）電機（jī）。模塊化電機的控製（zhì）技術可以實現降低（dī）大功率電機的輸入（rù）電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機（jī）不必采用高等級絕緣（yuán），模塊化電機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合供（gòng）電。這樣設（shè）計降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行（háng）在（zài）輕載工況時,完全可以隻（zhī）運行（háng）部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合（hé）成磁動勢發生畸變（biàn），諧波含量增加，平均轉（zhuǎn）矩下降，轉矩波動顯著增加（jiā），無法繼續（xù）正常運行。而本產（chǎn）品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一（yī）套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利（lì）用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故（gù）障時。可以直接拆卸故障電（diàn）機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機（jī）具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行（háng）。使用本產品完全（quán）不會（huì）因電機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（biàn）或重載產生震動等因素（sù）會發生轉（zhuǎn）子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實（shí）際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永（yǒng）磁體用量（liàng）增加，提高電機製造成本。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隙恒定，可將氣隙（xì）做的更小（xiǎo），減少（shǎo）永磁體用量，電機（jī）不會（huì）發生掃膛現象，同時因為該隨動式（shì）定子結構在偏（piān）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（qiú）磨機檢修複雜，降低（dī）檢修（xiū）次數（shù）就是提（tí）高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配（pèi）示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨（mó）直驅對比於（yú）傳統感應電機的優（yōu）點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多（duō）樣性
傳統（tǒng）立磨速（sù）度單一，工況（kuàng）適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度（dù）來（lái）改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用（yòng）變（biàn）頻調速，適應工況能力強。遇到（dào）突發事件，除（chú）調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工（gōng）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（sān）相感應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低速起（qǐ）動。為保證（zhèng）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（qǐ）動後，通過減（jiǎn）速器滿足係統轉矩需要，整（zhěng）個係統構成複雜（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，轉矩特性滿足需（xū）要，無需（xū）盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟（ruǎn）起動，起動過程（chéng）隨（suí）意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條（tiáo）件後，軟起動裝置起動三相（xiàng）感應電機（jī），係統運（yùn）行。係統控製複（fù）雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程（chéng）需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機（jī）起動條件。直驅係統直接變頻低（dī）速起動，係統直接運行，係（xì）統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需（xū）求。低速可過（guò）載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無（wú）減速（sù）器，維護成本更低,維護（hù）次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和（hé）定期維護，傳統係統構（gòu）成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維（wéi）護（hù）成本（běn）費用高。同時係統無法實（shí）現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（tóng）步電機直（zhí）接驅動，控製（zhì）方便（biàn）。係統內無（wú）減速器，無需額外進行維護，係（xì）統維護成本低。同（tóng）時，係統可實現在電機低速運行情況下進行（háng）係統（tǒng）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動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立（lì）式（shì）鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁（cí）直驅立磨結構（gòu）示意圖
本新型（xíng）立（lì）磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高（gāo）了立磨（mó）效率。在立磨扶正軸承與壓（yā）力軸承上（shàng）進行突破，通過設計（jì）一種雙向載荷（hé）扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配（pèi）、維修，並降低（dī）成本,在工程實（shí）際中具有很強的實用型。
針對大（dà）、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代（dài）替傳統的減（jiǎn）速機與三相異步電動機，永磁直（zhí）驅電機具有雙向載荷機構與不（bú）同的放置位置，均能達到扶正與承壓的（de）作用，並且方便製造、裝配維護，節省（shěng）成（chéng）本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨（mó）機 
