1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相（xiàng）異步（bù）電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致（zhì）球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈（liàn）冗長、效率低、機構複雜、運（yùn）行維護工作量大等問題（tí）。
沈陽工業大學電（diàn）機與控製技術研究所與（yǔ）河（hé）南全（quán）新機電設備有（yǒu）限公司聯合設計研發的球磨機、立（lì）磨機采用永（yǒng）磁直驅電機（jī）,通過（guò）將電動機與機械結構進行機（jī）電（diàn）一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的（de）效率與功率（lǜ）因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程（chéng）度高等（děng）優點。
在控（kòng）製方麵,本產品電機定子采用了模塊化（huà）設計，不僅降低了加工、製造、運輸等（děng）難度（dù），還相當於把一個大功率電（diàn）機做成了多（duō）個小功率（lǜ）電機。模塊（kuài）化電機的控製技術可以實現降（jiàng）低大功率電（diàn）機的輸入（rù）電壓，但是（shì）不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級（jí）絕緣。模塊化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了（le）電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低（dī）成本。每個（gè）模塊電機都具有一套獨立的控製係（xì）統，大大提升了（le）電機控製的自（zì）由度（dù），球磨機（jī）運（yùn）行（háng）在輕載工（gōng）況時，完全可以隻運行部分模（mó）塊電機驅動球（qiú）磨機。
在結構方麵，本產品電（diàn）機的定子采用了一（yī）種自主（zhǔ）設計研發的（de）隨動式結構，將整圓的定子分成（chéng）若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構（gòu）設計，確定了（le）一種（zhǒng）無論球磨機轉筒是否震（zhèn）動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從（cóng）而保持定子與轉子間隙恒定的結（jié）構。本產品通過機械結構設計保（bǎo）證定子與（yǔ）轉子間的間隙恒定，電機不會（huì）發生（shēng）掃膛現象，因（yīn）此電機的氣隙可以設計的比普（pǔ）通永磁直驅電機的小很多（duō），從而大幅降低電機（jī）永磁體（tǐ）用量，降低生產成本，節約稀土資（zī）源，節能用電量。當模塊（kuài）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（yīn）電機發生故（gù）障而影響到生產（chǎn）工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產（chǎn）品的隨動式定（dìng）子結構構成一種“小車（chē）結（jié）構”，滾筒就像公路，定子（zǐ）塊（kuài）就像汽車。滾（gǔn）輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路（lù）行駛，公路的起伏不影響車輪（lún）與地（dì）麵貼合，即滾筒偏心浮動（dòng）不影響滾輪貼合滾（gǔn）筒，保證定子、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載（zǎi）震動等（děng）原因造成電（diàn）機偏心、氣隙（xì）不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停（tíng）機檢修（xiū）。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品（pǐn）電（diàn）機的定子為隨動式結構,基於模塊化（huà）永磁直驅電機，采用獨（dú）立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側（cè）安裝滾輪且滾輪貼合滾筒（tǒng）來確定定子與轉子間（jiān）的間隙，定子塊徑向外側（cè）設有與（yǔ）支撐框架相（xiàng）連的彈性機構。彈性機（jī）構在球（qiú）磨機滾筒不偏心時處（chù）於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊（kuài）上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下（xià）方定子塊在受到永磁體對其向上（shàng）的吸引力的同（tóng）時，定子塊上的彈性機構將其向上頂（dǐng），保（bǎo）證下方（fāng）定子塊的滾（gǔn）輪（lún）依然貼合轉（zhuǎn）筒外表（biǎo）麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進（jìn）行徑向與圓周方向的（de）移動，從（cóng）而保證定子（zǐ）、轉子之間的間（jiān）隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定（dìng）子塊在受到永磁體對其向下的吸引力（lì）的同時，彈性（xìng）機構將上方其（qí）向下壓,下（xià）方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈（dàn）性（xìng）裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設（shè）置不同的壓力,避免因彈（dàn）性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品（pǐn）將永磁電機采用模塊化控（kòng）製，根據不同功率的電機（jī）設計采用不（bú）同個數的（de）隨（suí）動式定子塊構成一台模塊電機，一台整（zhěng）圓電機由多台模塊電機構成,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筒上。相鄰（lín）隨動式定子塊間設有固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（qiú）磨機滾筒的法蘭處銜接T型支（zhī）撐板,用（yòng）於支撐（chēng）安裝電機（jī）轉子鐵心及磁鋼。
本產品（pǐn）的隨動式定子塊安裝（zhuāng）拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機（jī）構、彈性機構與定（dìng）子塊之間的連接杆、彈性機構支撐（chēng）架，即可將定子塊沿（yán）徑向拉出，進行檢修或更換新的（de）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（duō）數（shù）的球（qiú）磨機（jī）仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步（bù）電機與（yǔ）感應電機相比優（yōu）勢是它有較高的效率（lǜ）和功率（lǜ）因數（shù），損耗大（dà）大降低，節約了（le）能源。永磁電機通過變頻器進行調（diào）速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這（zhè）些也是近年來永磁（cí）電機應用越來越廣泛的原（yuán）因。
采（cǎi）用永磁直（zhí）驅（qū），取消了中（zhōng）間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節（jiē），縮短係統（tǒng）的（de）傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至（zhì）少（shǎo）20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅（qū）係統的故障（zhàng）率低，維護檢修（xiū）方便，還避免了傳（chuán）統設備因漏油（yóu）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，還相當於把（bǎ）一（yī）個大功率電機做（zuò）成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可（kě）以實（shí）現降低大（dà）功率電機的輸入電壓，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功率（lǜ）變頻器聯合供電。這樣設計（jì）降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而（ér）降低成本。球磨機運行在輕載（zǎi）工況時（shí）,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨（mó）機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩（jǔ）下降，轉矩波（bō）動顯著增加，無法繼續正常運行。而（ér）本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都（dōu）具有（yǒu）一套獨立的控製係（xì）統（tǒng），大大提升了（le）電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可（kě）以直接拆卸故障電機更換新的模（mó）塊電機即可正常運行。模塊化（huà）電機具有冗餘的模塊數（shù），也可切除故障子模塊而控製其（qí）餘正常子模塊（kuài）降額運行。使（shǐ）用本產品完全不會因電機發生故障而影（yǐng）響到生產（chǎn）工期。
球磨（mó）機因加工（gōng）誤差、軸承磨損、滾筒形（xíng）變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現（xiàn）象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中（zhōng）常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大（dà）會導致永磁體用量增（zēng）加，提（tí）高電機製造成本。隨動式（shì）定子結構的模（mó）塊電機，能在轉筒（tǒng）偏心時保證（zhèng）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，電機不會發生掃（sǎo）膛現（xiàn）象，同時因為該隨動式定子（zǐ）結（jié）構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數（shù）更少，工作時間更長（zhǎng），大體積球磨機檢修複（fù）雜，降低檢修次數就是（shì）提高生產效率。
4、隨（suí）動式球磨機裝（zhuāng）配示意圖
二、永磁直驅立磨技術（shù）
1、立磨直驅對比（bǐ）於傳（chuán）統感應電機的優點( 1）變頻調速（sù）控製，實現負載（zǎi）工況多樣性（xìng）
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突（tū）發事件，調整磨（mó）鞮高度來改變係（xì）統工（gōng）作環（huán）境，係統反應（yīng）速度慢。永磁同（tóng）步電機采用變頻調速，適應工況能（néng）力強。遇（yù）到突發事件，除調（diào）整磨輾高度外，還增加了（le）速度調節以（yǐ）快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可（kě）靠性高
傳統係（xì）統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車（chē）係統滿足（zú）立（lì）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（chōng）擊，需增加（jiā）軟（ruǎn）起動裝置。三相感應電機起動後，通過（guò）減速器（qì）滿足係統（tǒng）轉矩需要，整（zhěng）個係統構成複（fù）雜，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，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係（xì）統（tǒng）少，結構簡單。
(3）變（biàn）頻器軟起動，起動過（guò）程（chéng）隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動（dòng），待（dài）三相感應電機達到起動條件後，軟起動（dòng）裝置起動三相感應（yīng）電機，係統運（yùn）行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在（zài）低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直（zhí）驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單（dān）。變頻控製起動過程可根據實（shí）際工況進行調整，以滿足各種（zhǒng）工況的需求。低速可過載輸出（chū），滿足起動需要，取代盤車係統。
(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（wéi）護，傳（chuán）統係統（tǒng）構成單（dān）元多。同時立磨（mó）減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維（wéi）護。直驅係統構成單元簡單，變頻（pín）器（qì）控製永磁同步電機直接驅動，控製方便（biàn）。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，係統可實現在電機低（dī）速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能（néng）效（xiào）果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節（jiē）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係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨（mó）結構示意圖
本新型立磨結（jié）構采用永磁直驅電（diàn）機驅動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正軸承與（yǔ）壓（yā）力軸（zhóu）承上進行突破，通（tōng）過設計一（yī）種雙向載荷扇形模塊機構（gòu）替代大直徑軸承，方便（biàn）加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中（zhōng）、小型（xíng）不同尺（chǐ）寸的立磨，分別設計了三（sān）種立磨專（zhuān）用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機（jī），永磁直（zhí）驅電機（jī）具有雙向載荷機構與（yǔ）不同的放（fàng）置位（wèi）置，均能達到扶正與承壓的（de）作用，並且方（fāng）便製造、裝配維護（hù），節省成本。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
