1、技（jì）術背景
傳統的球磨機、立磨機大（dà）都采用（yòng）三相異步電動（dòng）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）在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大（dà）等問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南全新機（jī）電設備有限（xiàn）公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電（diàn）動機與機（jī）械結構進行機電（diàn）一體化設計，取消動力傳輸的中間環節（jiē），做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求（qiú），省去傳統（tǒng）磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能（néng）、起（qǐ）動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等（děng）優點（diǎn）。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設（shè）計，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。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但（dàn）是不增加電機的輸入電流，電機（jī）不必采用高（gāo）等級（jí）絕緣。模塊化電機采用多台小（xiǎo）功率（lǜ）變頻器聯合（hé）供電，這樣設計降（jiàng）低（dī）了電（diàn）機的（de）供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而降（jiàng）低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提（tí）升了（le）電機控製的自由度，球磨機（jī）運行在輕載（zǎi）工況時，完全可以隻運行（háng）部分（fèn）模（mó）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結構（gòu），將整圓的定子分成若幹個相互（hù）存在間隙的小扇（shàn）形塊，通過機械結構設（shè）計，確定了一（yī）種無論（lùn）球磨機轉筒是否震（zhèn）動（dòng）或偏心，定子塊始終跟（gēn）隨轉筒運動從（cóng）而保持（chí）定（dìng）子與（yǔ）轉子間隙恒定（dìng）的結構。本產品通過機械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（táng）現象，因此電機的（de）氣隙可以設計的比普通永磁直驅電（diàn）機的小很（hěn）多，從而大（dà）幅降（jiàng）低電機永磁體用量（liàng），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（chāi）卸故障電機，更換（huàn）新的模塊電機（jī）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）生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁（cí）直驅電機概述
本產品的隨動（dòng）式定子結構構（gòu）成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子（zǐ）塊就像汽車。滾（gǔn）輪貼合滾（gǔn）筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在公路（lù）行駛，公路（lù）的起伏不影響車輪與地（dì）麵貼合，即滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證（zhèng）定子、轉（zhuǎn）子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸（zhóu）承磨損、滾（gǔn）筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不（bú）均勻（yún）時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同（tóng）時電機定子與轉子間的間隙（xì）也可（kě）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（shēng）掃膛現象。
本產品電（diàn）機的定子為隨動（dòng）式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構（gòu），其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子（zǐ）間的（de）間（jiān）隙，定子塊徑向外側設有與（yǔ）支撐框架相連的（de）彈性機構。彈性機構在球（qiú）磨機滾筒不偏（piān）心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上（shàng）波動，轉筒會向上（shàng）頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上（shàng）方彈性機（jī）構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸（xī）引力的同時，定（dìng）子塊上的彈性機構將（jiāng）其向上頂，保證下方定子塊（kuài）的滾輪（lún）依（yī）然貼合轉筒外表麵，使定子塊（kuài）跟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（xì）不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在（zài）受（shòu）到永（yǒng）磁體對其向下的吸（xī）引力的同時，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（dàn）性裝置（zhì）的壓（yā）力（lì）大小可調，對於不同位置的定子塊設置不（bú）同的壓力,避（bì）免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或（huò）轉筒（tǒng）磨損較快。
本產品將永（yǒng）磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電（diàn）機設計采用不同個（gè）數的隨動（dòng）式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構（gòu）成,多台（tái）模（mó）塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球（qiú）磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設（shè）有固定在支撐框架上的擋板來對（duì）定子塊（kuài）進行（háng）圓周方向的限位。球（qiú）磨機（jī）滾筒的法蘭處銜接T型支撐（chēng）板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品（pǐn）的（de）隨動式定子塊安裝拆卸十（shí）分便捷，隻需（xū）要沿球磨（mó）機（jī）的徑向依次（cì）拆卸密封外殼、彈性（xìng）機構、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（kuài）沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊（kuài）。
3、采用本產品代（dài）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、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同（tóng）步電機與感應（yīng）電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源（yuán）。永磁電機通（tōng）過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快（kuài），感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越（yuè）來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸（zhóu）器（qì）、及齒輪的傳動環節，縮短（duǎn）係統的傳（chuán）動鏈，直驅（qū）係統的傳動效率（lǜ）將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得（dé）到大幅提升，而且直驅係統的故障（zhàng）率低，維護檢修方便（biàn），還避免了傳統設備因漏油造（zào）成環境汙染。
由（yóu）於本產品電（diàn）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，還相當於把一個大功率電機（jī）做成了多個小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大（dà）功率（lǜ）電機的（de）輸入（rù）電壓，但是不增加電（diàn）機的輸入電流，電機不必采用高等（děng）級絕緣，模塊化電機（jī）采用多台小功率變（biàn）頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的（de）變（biàn）頻（pín）器容量（liàng），從而降低成本。球磨機運（yùn）行在輕載工況時,完（wán）全可以（yǐ）隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。
傳（chuán）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，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加（jiā），無法繼續正常運行。而本產品進行了模（mó）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度,可以利用其多（duō）電機結構和控（kòng）製靈活的優勢，在（zài）發生故障時。可以直接拆卸故障電機（jī）更換（huàn）新的模塊（kuài）電機即（jí）可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故（gù）障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運（yùn）行。使用（yòng）本產品完（wán）全不會因電機發生故障而影響到（dào）生產工期。
球磨機因加工誤差、軸（zhóu）承（chéng）磨損、滾筒形變或重（chóng）載產生震動等因素會發（fā）生轉子（zǐ）偏心現象，偏心嚴重時還會造（zào）成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增（zēng）加氣隙大小來預防（fáng）掃膛，而氣隙增大（dà）會導致永（yǒng）磁體（tǐ）用量（liàng）增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊（kuài）電（diàn）機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同（tóng）時因為（wéi）該（gāi）隨（suí）動式定子結構在偏心時能繼（jì）續正常工（gōng）作，檢修次數更少，工作時間更長（zhǎng），大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅（qū）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，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度（dù）來改變係統工作環境，係（xì）統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速（sù），適（shì）應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度（dù）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,可靠性高
傳統係統（tǒng）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（de）低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的（de）衝擊，需（xū）增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器（qì）滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統（tǒng）運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻（pín）控（kòng）製係統控製永磁同步（bù）電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助（zhù）係統少，結構（gòu）簡單。
(3）變頻（pín）器軟起動，起（qǐ）動過程隨意設定
傳（chuán）統係統先由低速盤車係統起動，待三相感（gǎn）應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係（xì）統運（yùn）行。係統控製複雜（zá），低速無法實現過載輸出。在低速過程需（xū）要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變（biàn）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實際工況進（jìn）行調整，以滿足各種工況的需求。低速可（kě）過載（zǎi）輸（shū）出，滿足（zú）起動（dòng）需要，取代盤車係統。
(4）無（wú）減（jiǎn）速（sù）器，維護成本（běn）更低,維（wéi）護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定（dìng）期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨（mó）減（jiǎn）速器（qì）結（jié）構複（fù）雜需要經常維護，維護成本費用高（gāo）。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（tǒng）構成單（dān）元簡單，變頻器控製永（yǒng）磁同步電機直（zhí）接驅動，控製方便。係統（tǒng）內無減速器，無需額外進行維護（hù），係統維護成本低。同時（shí），係統可實現在電（diàn）機低速運行（háng）情況下進（jìn）行係統（tǒng）維護。
(5）傳（chuán）動效率（lǜ）高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動（dòng）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（zhí）驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁（cí）直（zhí）驅（qū）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。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通（tōng）過設計一（yī）種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝（zhuāng）配、維修，並降低成本,在工程實際中具（jù）有很（hěn）強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立（lì）磨，分別設計了三種立磨（mó）專用永磁電機，代替傳統的減速機（jī）與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙（shuāng）向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與（yǔ）承壓的作用，並且方便製造、裝配（pèi）維護，節省成本。均已申請專 利。
永（yǒng）磁直驅礦用球（qiú）磨機 
