1、技術背景
傳統的球磨機、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（cún）在機械傳動鏈冗（rǒng）長、效率低、機構複雜、運（yùn）行維護工作量（liàng）大等問題（tí）。
沈（shěn）陽工業大學電機與控製技術研究所（suǒ）與河南全新機電設備有限公司（sī）聯合設計研發的球磨（mó）機、立磨（mó）機采用永磁直驅電機,通（tōng）過將電（diàn）動機（jī）與機（jī）械結構進行機電一體化設計，取消動力（lì）傳輸的（de）中間環節，做成直驅（qū）方案，能直接滿足荷載（zǎi）的需求，省（shěng）去傳統磨機的減（jiǎn）速機，顯著提高（gāo）了電機的（de）效率（lǜ）與功率因（yīn）數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強（qiáng）、係統免維護、自動化程度高（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（gōng）率電機做成了多個小功（gōng）率電機。模塊化電機的（de）控製技術（shù）可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電機（jī）的輸入電流，電機不必采用（yòng）高等級（jí）絕緣（yuán）。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供（gòng）電，這樣設計降低了電機的供電（diàn）電壓和使用的變（biàn）頻器容量，從而降低成本。每（měi）個模（mó）塊電機都具（jù）有一套獨立的控（kòng）製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨（mó）機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊（kuài）電（diàn）機驅動球磨機（jī）。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一（yī）種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹（gàn）個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構（gòu）設計，確定了一種無論球（qiú）磨機（jī）轉筒是（shì）否震動或偏心，定子塊始終跟隨（suí）轉筒運動從而保持定子與轉子（zǐ）間隙恒定（dìng）的（de）結構。本產品通過機械（xiè）結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設（shè）計的比普通永磁直驅電機的（de）小很（hěn）多，從而大幅降低電（diàn）機永磁體（tǐ）用量（liàng），降低生（shēng）產（chǎn）成本，節約（yuē）稀土資源，節能用（yòng）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（diàn）機（jī）即（jí）可正常運行。使用本產品完全不會因電機發（fā）生故障而影響到生（shēng）產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直（zhí）驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像（xiàng）公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合（hé）滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不（bú）影響車輪（lún）與地麵（miàn）貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒（tǒng），保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變、重載震動等原因造成電機偏（piān）心、氣隙不均勻時，仍能正常運（yùn）轉，保證（zhèng）磨機始終運行在性（xìng）能狀態，不必停機檢修。同時（shí）電機定子與轉（zhuǎn）子（zǐ）間的間隙也可以做的更小（xiǎo），減少永磁體用量，並且因為隨動式結（jié）構，電機不會發生（shēng）掃膛現象。
本產品電機的定子（zǐ）為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的（de）扇形定子塊結構（gòu），其隨動原理是在定子（zǐ）塊的軸向兩側（cè）安裝滾輪且滾輪貼（tiē）合滾筒來（lái）確定定子與轉子（zǐ）間的間隙，定（dìng）子塊徑向外側設（shè）有與支撐框（kuàng）架相連的彈（dàn）性機（jī）構。彈性機構在（zài）球磨機滾筒不偏心（xīn）時處於半（bàn）壓縮狀態,如果球磨機滾（gǔn）筒向（xiàng）上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而（ér）帶動定（dìng）子塊向（xiàng）上移動，上方彈（dàn）性（xìng）機構繼（jì）續壓縮;下方定子塊在受到（dào）永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其（qí）向上頂，保（bǎo）證下方定子塊的滾輪依然貼合轉（zhuǎn）筒外表麵，使定子塊跟（gēn）隨轉筒波動而進行徑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（wèi）或繼續（xù）向下波動，則上方定子塊（kuài）在受（shòu）到永磁體（tǐ）對其向下的吸引力的同時，彈性機（jī）構將上方其向下壓,下方定子塊（kuài）被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定（dìng）子塊設置不同的壓力,避免因彈（dàn）性裝置（zhì）設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產（chǎn）品將永磁電機采用模塊化控（kòng）製，根據不同功率的電機設（shè）計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模（mó）塊電機，一台（tái）整圓電機由多台模塊電（diàn）機構成,多台模塊電機（jī）共用同一個轉子，模塊電機包繞式（shì）安裝在球磨機滾（gǔn）筒上。相鄰隨動式定子（zǐ）塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定（dìng）子（zǐ）塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接（jiē）T型支撐板,用於支撐安裝（zhuāng）電機轉子鐵心及磁鋼。
本產（chǎn）品的隨動（dòng）式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的（de）徑向依次拆卸密封外殼、彈性機（jī）構、彈（dàn）性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架（jià），即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢（jiǎn）修或更換新的定子塊。
3、采（cǎi）用本產（chǎn）品（pǐn）代替傳統磨機的電（diàn）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、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相（xiàng）比優勢是它有較（jiào）高的效率和功（gōng）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，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些（xiē）也是近年來（lái）永磁電機（jī）應用越來越廣（guǎng）泛的（de）原因（yīn）。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的（de）傳動環節，縮短係統的（de）傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提（tí）升至少（shǎo）20%。球磨機（jī）直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升（shēng），而（ér）且直驅係統的故障率低，維（wéi）護檢修方便，還（hái）避免了傳統設備因漏油造（zào）成環境汙染。
由於本產品電機定子（zǐ）采用了模塊（kuài）化設計，不僅降低了（le）加工，製造，運輸等（děng）難度，還（hái）相當於把一個（gè）大功率電機做成了多個小功（gōng）率電機。模塊（kuài）化電機的（de）控製技術可以實（shí）現（xiàn）降低大功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的輸入電流（liú），電機不必采用高等級絕緣，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電（diàn）電壓和使用的變頻器（qì）容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工（gōng）況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導（dǎo）致電機（jī）合成磁動（dòng）勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩（jǔ）下降，轉矩波動顯（xiǎn）著（zhe）增加，無法繼續正常運行。而（ér）本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製（zhì）係統，大大提升了電機（jī）控（kòng）製（zhì）的自由度,可以利用其多電機結構和控（kòng）製靈活的優勢，在發生（shēng）故障時。可以（yǐ）直接拆卸故障電機更換新的模（mó）塊電（diàn）機即可正常（cháng）運行。模塊化電機具有（yǒu）冗餘（yú）的模塊數，也（yě）可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會（huì）因電機發生故障而影響到生（shēng）產工期。
球磨機因加（jiā）工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載（zǎi）產生（shēng）震動等因素會發生轉子偏心（xīn）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（jiā）氣隙大（dà）小來預防掃（sǎo）膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電（diàn）機製（zhì）造成（chéng）本。隨動式定子結構的模塊電機，能在（zài）轉筒偏心時保證定子與轉子之（zhī）間的間隙恒定（dìng），可將氣隙做的更（gèng）小，減少永磁體用量（liàng），電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨（suí）動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更（gèng）少，工作時間更（gèng）長，大體（tǐ）積（jī）球磨機檢修複雜（zá），降（jiàng）低檢修次數就是提高（gāo）生（shēng）產效率。
4、隨動式（shì）球磨機裝配示意圖（tú）
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( 1）變頻調速控製（zhì），實現負載（zǎi）工況多樣性
傳統立磨速度單（dān）一，工況適應能（néng）力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係（xì）統工作環境，係統反應速（sù）度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發（fā）事件，除調（diào）整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統反（fǎn）應速度更快。
(2）係統簡單,可靠（kào）性高
傳統係（xì）統因三相感應電機無法在低速（sù）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）過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟（ruǎn）起動裝置。三相感（gǎn）應電機（jī）起動後，通過（guò）減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成（chéng）複雜，係統運行的輔助設備很多（duō）。直驅係統由變頻（pín）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（jiǎn）速器，輔助（zhù）係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統（tǒng）係（xì）統先由低速（sù）盤車係統起動，待三相（xiàng）感應電機達到（dào）起（qǐ）動條件後（hòu），軟起動（dòng）裝置起（qǐ）動三相感應電機，係（xì）統運行（háng）。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（chē）係統，將轉速提高到三相感應電機起動（dòng）條件。直驅係統直接變頻（pín）低速起動，係統（tǒng）直接（jiē）運行，係統控製（zhì）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（gōng）況的需求。低速可過載輸出，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常檢查和定期維護，傳統係統構（gòu）成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經（jīng）常維護，維護成（chéng）本費（fèi）用高。同時係統（tǒng）無法實現在低速運（yùn）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（bù）電機直（zhí）接驅動，控製方便（biàn）。係統內（nèi）無減（jiǎn）速器，無需（xū）額外進行維護，係（xì）統維護成（chéng）本低。同時，係統可實現在電機低速運行情（qíng）況下進行係統維護。
(5）傳動效（xiào）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（zhào）5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統（tǒng）的優（yōu）勢與球磨機（jī）直驅（qū）係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結（jié）構示意圖
本新型立磨（mó）結構采用永磁直驅電機驅動,提高（gāo）了立磨效率。在立磨扶正軸承與（yǔ）壓力軸承上進行突破，通（tōng）過設（shè）計一種雙向載荷（hé）扇形模塊機（jī）構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成本,在工程實際中（zhōng）具有很（hěn）強的（de）實用型。
針對大、中、小型不（bú）同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁（cí）電（diàn）機，代（dài）替（tì）傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電（diàn）機具有雙（shuāng）向載荷機構與（yǔ）不（bú）同的放置位置，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（běn）。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦（kuàng）用球磨機 
