1、技術背景
傳（chuán）統的球磨機、立磨機大都采（cǎi）用（yòng）三相異步電動機（jī）、聯軸器、減速（sù）裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅動，導致球（qiú）磨機的傳（chuán）動係統存在機械（xiè）傳動鏈冗（rǒng）長、效（xiào）率低、機構複（fù）雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工（gōng）業大學電機與控製技（jì）術研究所與河南全新機電（diàn）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（tōng）過（guò）將電動機與機械結（jié）構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的（de）中間環節，做成直（zhí）驅方案（àn），能直（zhí）接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的（de）減速機，顯著提高了電機的效率與功率因（yīn）數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強（qiáng）、係統免（miǎn）維護、自動化程度高等優點。
在控（kòng）製方麵,本產品電機定子采用了模塊（kuài）化設計，不僅降（jiàng）低了（le）加工、製造、運輸（shū）等難度，還（hái）相（xiàng）當於把一個大（dà）功率（lǜ）電機做成了多個小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的控製技術可以（yǐ）實（shí）現降低（dī）大功率電機的（de）輸入電（diàn）壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用（yòng）高等級絕緣。模（mó）塊（kuài）化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電（diàn）機的供電電壓和使用的變頻（pín）器容量，從而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具有一套獨立（lì）的控製係統，大（dà）大提升了電機控製的自由度，球磨機運行（háng）在輕載工況時（shí），完全可（kě）以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機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（zǐ）分成若（ruò）幹個（gè）相互存在間隙的小扇（shàn）形（xíng）塊，通過機械結（jié）構（gòu）設計，確定了一（yī）種無（wú）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（bǎo）持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機（jī）械結構設計保證定子（zǐ）與轉子間的間隙恒定，電（diàn）機不會發生（shēng）掃膛現象，因此電機的氣隙（xì）可以設計的比普通永磁直（zhí）驅電機（jī）的小很多，從而大（dà）幅降低電機永磁（cí）體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模（mó）塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到（dào）生（shēng）產工（gōng）期。
2、球磨機（jī）專用隨動式（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”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車（chē）。滾（gǔn）輪貼合滾筒旋轉相當於汽車（chē）在公路行駛，公路的（de）起伏不（bú）影（yǐng）響車（chē）輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏心（xīn）浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變（biàn）、重載震（zhèn）動等原因（yīn）造成電機偏心、氣隙不均（jun1）勻時，仍能正常運轉，保證磨機（jī）始（shǐ）終運行在性能狀態，不必停機檢修（xiū）。同時電機定子與（yǔ）轉子間的間隙也（yě）可以做的更小，減少永（yǒng）磁體用量，並（bìng）且因為隨動式結構，電機（jī）不會發生（shēng）掃膛現象。
本（běn）產品電（diàn）機的定子為隨動式結構,基於模塊化（huà）永（yǒng）磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其（qí）隨動原理是在定子（zǐ）塊（kuài）的軸向兩側安（ān）裝滾輪且滾（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（zhī）撐框架相連的（de）彈性機構。彈性機構在球磨（mó）機滾筒（tǒng）不偏心時處於半壓縮狀態,如（rú）果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上（shàng）頂定子塊（kuài）上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上（shàng）方彈性機構繼續（xù）壓縮;下（xià）方定子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（xìng）機（jī）構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然（rán）貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向（xiàng）的移動，從而保證定子、轉子之間的（de）間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動（dòng），則上方定子塊在受到永磁體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（dìng）子（zǐ）塊被（bèi）轉筒向下壓（yā）。
本產品彈性裝置的壓力大（dà）小可調，對於不同位（wèi）置（zhì）的定子塊（kuài）設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或（huò）轉筒磨損較快。
本（běn）產品將永磁電機采（cǎi）用模塊化控製，根據不（bú）同功（gōng）率的電機設計采用不同（tóng）個數的隨動式定子塊構成（chéng）一台模塊電機，一（yī）台整圓電機由多台（tái）模塊（kuài）電機構成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機（jī）滾筒上（shàng）。相鄰隨動式定子（zǐ）塊間設有固定在支撐框（kuàng）架上的擋板來對定子塊進行（háng）圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼（gāng）。
本產品的隨動式定子塊安裝拆（chāi）卸十分便捷，隻需要沿（yán）球磨機（jī）的徑向依次拆卸密封外殼（ké）、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架（jià），即（jí）可將定子（zǐ）塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品（pǐn）代替傳統磨機的電機驅（qū）動係統（tǒng）的優點
現階段大多數的（de）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（jié）構進行驅動。永磁同步電機與感（gǎn）應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因（yīn）數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器（qì）進行調速，電機運（yùn）行平穩，係統響應速度快，感應電機則起（qǐ）動相對困難。這（zhè）些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及（jí）齒輪的傳動（dòng）環節，縮短係統的傳動（dòng）鏈，直驅係統的傳動效率將提升至（zhì）少20%。球磨機直（zhí）驅係統（tǒng）的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢（jiǎn）修方便，還避免（miǎn）了傳統設備因（yīn）漏（lòu）油造成環境汙染。
由於本產品電機（jī）定子采用了模塊（kuài）化設計（jì），不（bú）僅降（jiàng）低了加工（gōng），製造，運輸等（děng）難度，還相當（dāng）於把一個大功率電（diàn）機做（zuò）成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低（dī）大功率電（diàn）機的（de）輸入電壓，但（dàn）是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕（jué）緣，模塊化電機采用（yòng）多（duō）台小功率（lǜ）變頻器聯合供電。這樣（yàng）設計降（jiàng）低了電機的供電電（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,完全可以隻運行部分（fèn）模塊電（diàn）機驅動球磨機。
傳統電機（jī）故（gù）障時，會（huì）導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩（jǔ）波動顯著增加，無法繼續（xù）正（zhèng）常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模（mó）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（yóu）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。可以（yǐ）直接拆卸故障電（diàn）機更換新的模塊（kuài）電（diàn）機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數（shù），也可切除故障子模塊而控製其餘正（zhèng）常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發（fā）生故障而（ér）影響到生產工期。
球磨機因（yīn）加工誤差（chà）、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變或重載產生震（zhèn）動等因素會發生轉子（zǐ）偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛（táng）損壞電機，實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（huì）導致永磁體用量增加，提高電機製（zhì）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（dìng），可將氣隙做的（de）更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼（jì）續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體（tǐ）積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生（shēng）產效率。
4、隨動（dòng）式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對（duì）比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
傳統立磨速度單一（yī），工況適應能（néng）力差。遇（yù）到突發（fā）事件，調整磨（mó）鞮高度（dù）來改變係統（tǒng）工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采（cǎi）用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高（gāo）度（dù）外，還增加了速度調節（jiē）以快速適應係統工作環境，係統反應（yīng）速度更快。
(2）係統簡（jiǎn）單,可靠性高
傳統係（xì）統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電（diàn）網造成過大的衝擊（jī），需增加軟起動裝置。三相（xiàng）感應電機起動後，通過減速器滿（mǎn）足係（xì）統轉矩需要，整（zhěng）個係（xì）統（tǒng）構成複雜，係統運行的輔助設備很多（duō）。直驅係統（tǒng）由變頻控製係統控（kòng）製永（yǒng）磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統（tǒng）和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動（dòng）過程隨意設定（dìng）
傳統係統先由（yóu）低速盤車係統起動，待三相感應電機（jī）達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感（gǎn）應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法（fǎ）實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉（zhuǎn）速提高到三相感應電機起動條件（jiàn）。直驅係（xì）統直接變頻低速起動，係統直（zhí）接運行，係統控（kòng）製（zhì）簡單。變（biàn）頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種（zhǒng）工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減（jiǎn）速（sù）器，維護成本更低,維護次（cì）數少
係統各構成單（dān）元均需要時常檢（jiǎn）查和定（dìng）期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器（qì）結構複雜需要（yào）經（jīng）常維護（hù），維護成（chéng）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護。直驅係統構成單元簡單，變（biàn）頻器控製永磁同步電機直接驅動（dòng），控製方便。係（xì）統內（nèi）無減速器，無需額外進行維護，係統維（wéi）護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳（chuán）統驅動係統年節電（diàn）量（liàng）達181萬元（yuán）。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統（tǒng）的優勢與球磨（mó）機直驅係統相同，這裏（lǐ）不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型（xíng）立（lì）磨結構采用（yòng）永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承（chéng）上進行突破，通過設計一種雙（shuāng）向（xiàng）載荷扇形（xíng）模塊機構（gòu）替代（dài）大直徑軸承，方便（biàn）加（jiā）工、生產、運（yùn）輸、裝配、維（wéi）修，並降低成本,在工程實際（jì）中具有很強的實用（yòng）型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分（fèn）別設計了三種立磨專（zhuān）用永磁電機，代替（tì）傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙（shuāng）向載荷機構與不同（tóng）的放置位置，均能達到（dào）扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護（hù），節省成本。均已（yǐ）申請專 利（lì）。
永磁直驅礦用球磨機 
