1、技術背景
傳（chuán）統的球（qiú）磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、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（cún）在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大（dà）等問題。
沈陽工業（yè）大學（xué）電機與控製技術研究所（suǒ）與河南全新機電設備有限公司聯合設計（jì）研（yán）發的球磨機、立磨機采用（yòng）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（xiāo）動力傳輸（shū）的（de）中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去（qù）傳統磨機的減速機，顯著提高了電機（jī）的效率與（yǔ）功（gōng）率（lǜ）因（yīn）數，具有節能（néng）、起動轉矩大、過載能力強、係（xì）統免維護、自動化程度高等優（yōu）點。
在（zài）控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低（dī）了加工、製造（zào）、運輸等難度，還相當（dāng）於把（bǎ）一個大功（gōng）率電機做成（chéng）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率電機的輸入（rù）電壓，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（xiǎo）功率變頻（pín）器聯合供電，這樣（yàng）設計降（jiàng）低了（le）電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低（dī）成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕（qīng）載工況（kuàng）時，完全可以隻運行部分（fèn）模塊電機驅（qū）動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了（le）一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定（dìng）子分成若幹（gàn）個相互存在間隙的小扇形塊，通（tōng）過機械結構設計，確定了一種無論球磨機（jī）轉筒（tǒng）是否震動或偏心，定子塊（kuài）始終跟隨轉筒運動從而保（bǎo）持（chí）定子與轉子間（jiān）隙恒定的結構。本（běn）產品通過機械（xiè）結構設計保證定子與轉子間的（de）間（jiān）隙恒定，電（diàn）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（chéng）本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直（zhí）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（yīn）電機發生故障（zhàng）而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電（diàn）機概述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結（jié）構”，滾筒就（jiù）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（háng）駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒（tǒng）偏心浮（fú）動不影（yǐng）響滾（gǔn）輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒（héng）定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變、重載（zǎi）震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻（yún）時，仍能正常運（yùn）轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間（jiān）的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機（jī）不會發生掃（sǎo）膛現象。
本產品電機的（de）定子為隨動式結（jié）構,基於模（mó）塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇（shàn）形定子塊結構，其隨動原（yuán）理是在定子塊的（de）軸向兩側（cè）安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來（lái）確定定子與（yǔ）轉子間的（de）間隙，定子塊徑（jìng）向外側設有與（yǔ）支撐框架相連（lián）的彈性機構。彈性機構在球（qiú）磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機（jī）滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機（jī）構繼續壓（yā）縮（suō）;下方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其向上的吸引（yǐn）力的同時，定子塊上的彈性機構將其（qí）向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟（gēn）隨轉筒波動而進行徑向與圓（yuán）周方向的（de）移動（dòng），從而保證定（dìng）子、轉子之間的間隙（xì）不變。球磨機滾筒向下複位或繼（jì）續向下波動，則上方定子塊在受到永磁（cí）體對其向下的吸引（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。
本產品彈性裝置的壓（yā）力大小可調，對於不同位置的定子塊設（shè）置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過（guò）大造（zào）成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率（lǜ）的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電（diàn）機，一台整（zhěng）圓電機由多台模塊電機（jī）構成,多台模塊電機共用同一個轉（zhuǎn）子，模塊（kuài）電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子（zǐ）塊進行（háng）圓周方向（xiàng）的限位（wèi）。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型（xíng）支撐（chēng）板（bǎn）,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品（pǐn）的隨動式定子塊（kuài）安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球（qiú）磨機的徑向依次拆卸密（mì）封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間（jiān）的連接杆、彈性機構支（zhī）撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行（háng）檢修（xiū）或更（gèng）換新的定子塊。
3、采用（yòng）本產品代替傳統磨機的電機（jī）驅動係統的優點
現階段大（dà）多（duō）數的球磨機仍（réng）采用三相感應電動機、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進行驅（qū）動。永磁同（tóng）步電機（jī）與感應電機相比優勢是它（tā）有較高的（de）效率和（hé）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（diàn）機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相（xiàng）對困難。這（zhè）些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永（yǒng）磁（cí）直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及（jí）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（zhí）驅係統的傳動效率不僅得到大（dà）幅提升，而且直驅係統（tǒng）的（de）故障率低，維護檢（jiǎn）修方便，還（hái）避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化（huà）設計（jì），不僅降低了加工，製造，運（yùn）輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機。模（mó）塊（kuài）化電機（jī）的控製技術（shù）可以實現降低大功率（lǜ）電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電機（jī）的輸入電流，電機不（bú）必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供（gòng）電電（diàn）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（zhī）運行部分模（mó）塊（kuài）電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致（zhì）電機（jī）合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降（jiàng），轉矩波動顯著增加，無法繼續正（zhèng）常運行（háng）。而本產（chǎn）品進行了模塊化設計，每個模（mó）塊（kuài）電機都具有一套獨立的控製係統，大（dà）大提升了電機控（kòng）製的自由度,可以利用其多電機結構和（hé）控製靈活的優勢，在發生（shēng）故障時。可以直接拆卸故障（zhàng）電機更換新的模塊電機即可正常運行（háng）。模塊化電機具有冗餘（yú）的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊（kuài）降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期。
球（qiú）磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形（xíng）變或重載產生震動等因素會發生（shēng）轉（zhuǎn）子偏心現象（xiàng），偏心嚴（yán）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（qì）隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致（zhì）永磁體用量增加，提高電機製造（zào）成本。隨動式定子結構的模塊電機（jī），能在轉筒偏心時保證（zhèng）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，電機不會發生掃膛現象，同（tóng）時（shí）因為（wéi）該隨動式定子（zǐ）結構在偏心時能繼續正（zhèng）常（cháng）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（jiàng）低（dī）檢修次數就是提高生產效率（lǜ）。
4、隨動式球磨機（jī）裝配示意圖
二、永磁直驅立（lì）磨技術
1、立磨（mó）直驅對比（bǐ）於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳（chuán）統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境（jìng），係統反應速度慢。永磁同（tóng）步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到（dào）突發事件，除調（diào）整磨輾高度外，還（hái）增加了速度調節以快速（sù）適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感（gǎn）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動。為保證在電機起動（dòng）過程不對（duì）電網造成過大的（de）衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速（sù）器滿足係統轉（zhuǎn）矩需（xū）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永磁（cí）同步電（diàn）機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車（chē）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（shè）定
傳統係統先由（yóu）低速（sù）盤車係統起動，待（dài）三相感（gǎn）應電機達（dá）到起動條件後，軟起動裝置起動三相（xiàng）感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係（xì）統（tǒng），將轉速提高到三相（xiàng）感應電機起動條件。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根據（jù）實際工況進行調整（zhěng），以（yǐ）滿足各種工（gōng）況的需求。低速（sù）可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車（chē）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（shí）常檢查和定期維護，傳統（tǒng）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。同時係統（tǒng）無（wú）法（fǎ）實現在低速運行（háng）的情況下進行係統維護。直（zhí）驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行（háng）維護，係統（tǒng）維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運（yùn）行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永（yǒng）磁（cí）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）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅（qū）係統（tǒng）相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在（zài）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（hé）扇形模塊機構（gòu）替代大直徑軸承（chéng），方便加工、生產、運輸、裝配、維（wéi）修，並降（jiàng）低成本,在工程（chéng）實（shí）際中具有很強的實用型。
針對大、中、小（xiǎo）型不同尺寸的立磨，分別（bié）設計了三種立磨專用（yòng）永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步（bù）電動機（jī），永（yǒng）磁直驅電機具（jù）有雙向（xiàng）載荷機構與不同的放（fàng）置位置，均能達到扶正（zhèng）與承壓的作用，並且方便製造、裝配（pèi）維護，節（jiē）省成本。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
