1、技術背景
傳統的球（qiú）磨機、立磨機大都采用三相異（yì）步電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨（mó）機的傳動係統存在機械（xiè）傳動鏈冗（rǒng）長、效率低、機構複雜、運（yùn）行維護工作量大等問題。
沈陽工（gōng）業大學電（diàn）機與控製技術研究所與（yǔ）河南全（quán）新機（jī）電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,通過將電動（dòng）機與機械結構進（jìn）行機（jī）電一體化（huà）設計，取消動力傳輸的中間（jiān）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（tí）高了電機的效率與功率因數（shù），具有（yǒu）節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優（yōu）點。
在控製方麵,本產品電機（jī）定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個大功率電機做成（chéng）了多（duō）個小功率電機（jī）。模塊化電機的控（kòng）製技術可以實（shí）現降低（dī）大功率電機（jī）的輸入電壓，但是不（bú）增（zēng）加電機的輸（shū）入電流（liú），電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機（jī）采用多台小功率變頻器聯合（hé）供電，這樣設計降低了電機的供電（diàn）電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本（běn）。每個模塊電機都（dōu）具（jù）有一套獨立的控製（zhì）係統（tǒng），大大提升了電（diàn）機控製的自（zì）由度，球磨機（jī）運行在（zài）輕載工況時，完全（quán）可以隻運行部分模塊電機驅動（dòng）球磨機（jī）。
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（chéng）若幹個相互存（cún）在間隙的小扇形塊，通過機械（xiè）結構設計，確定了一種無（wú）論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊（kuài）始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定（dìng），電機不會發生掃（sǎo）膛現象，因此電機的氣隙可以設計的（de）比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體（tǐ）用量，降低生產成本，節約稀土資（zī）源，節能用電（diàn）量（liàng）。當（dāng）模塊發生故（gù）障時，直接拆卸故障電機，更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。使用（yòng）本產品完全（quán）不會因電機發生故障而影響到（dào）生產工（gōng）期。
2、球磨機專用隨動式（shì）永磁直驅電機概述
本產品（pǐn）的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公（gōng）路，定子塊就像汽車。滾輪貼（tiē）合滾筒旋（xuán）轉相當於（yú）汽車在公路（lù）行駛，公路（lù）的起伏不影（yǐng）響車輪與地麵貼（tiē）合（hé），即滾筒（tǒng）偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間（jiān）隙恒定，在球磨機因裝（zhuāng）配誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等（děng）原因造成電機偏（piān）心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能（néng）狀態，不必停機檢修。同時電機（jī）定子與轉（zhuǎn）子間的間（jiān）隙也可以做（zuò）的更小，減少永磁體用量，並且因為（wéi）隨動式結（jié）構（gòu），電（diàn）機不會發生掃膛現象。
本（běn）產品電機的定子為（wéi）隨動式結構,基於模（mó）塊化永磁直驅電（diàn）機，采用獨立的（de）扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊（kuài）的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾（gǔn）筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊（kuài）徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機（jī）滾筒不偏心時處（chù）於半壓縮狀態（tài）,如（rú）果球磨機滾（gǔn）筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進（jìn）而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對（duì）其向上的（de）吸（xī）引力的同時，定子塊上的彈（dàn）性機構將（jiāng）其向（xiàng）上頂，保（bǎo）證下方定子塊的（de）滾輪依然貼合轉（zhuǎn）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、轉子之間的間隙不變。球磨機（jī）滾筒向下複位（wèi）或繼（jì）續（xù）向下波動，則上方定子塊在（zài）受到永磁體（tǐ）對（duì）其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定（dìng）子塊被轉筒向下壓。
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（lì）,避免因彈性（xìng）裝置設置的壓力過大造成（chéng）滾輪或（huò）轉（zhuǎn）筒磨損較快。
本產品將永（yǒng）磁電機（jī）采用模塊（kuài）化控製，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塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機（jī）共用同（tóng）一個轉子，模（mó）塊電機包繞式安裝在球（qiú）磨（mó）機滾（gǔn）筒上（shàng）。相鄰隨動式定（dìng）子塊間設有固定在（zài）支撐框架上的擋板（bǎn）來對定子塊進行圓周方向的（de）限位。球磨機滾筒的法蘭（lán）處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便（biàn）捷，隻需（xū）要（yào）沿球磨機的徑向（xiàng）依次拆卸（xiè）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（jī）構（gòu）支撐（chēng）架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行（háng）檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的（de）優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電（diàn）動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結（jié）構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率（lǜ）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（háng）平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些（xiē）也是近年來永（yǒng）磁電機應用越來越（yuè）廣泛的原因（yīn）。
采用永磁直驅，取（qǔ）消了中間的（de）減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮（suō）短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅（qū）係統（tǒng）的傳動效率不僅得到大（dà）幅提升，而且直驅係統的故障率低，維（wéi）護檢（jiǎn）修方便，還避免了傳統設備因漏（lòu）油造成環（huán）境汙染。
由於本產品（pǐn）電（diàn）機定子采用了模（mó）塊化設（shè）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做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製（zhì）技術可以實現降低大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（xiǎo）功率變頻器聯合供（gòng）電。這（zhè）樣設計降低了電機的供電電壓（yā）和使用的變頻器（qì）容量，從而降低成本。球磨機運行（háng）在輕（qīng）載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球（qiú）磨機。
傳統電機故障時，會導（dǎo）致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平（píng）均轉矩（jǔ）下降（jiàng），轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而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製係統，大大（dà）提升了電機控製（zhì）的自由度,可以利（lì）用其（qí）多電機結構（gòu）和控（kòng）製靈活的（de）優（yōu）勢，在發生故障（zhàng）時。可以直（zhí）接拆卸故障電（diàn）機更換新的模塊（kuài）電機即（jí）可正（zhèng）常運行。模（mó）塊化電機具有冗餘的模（mó）塊數，也可切除故（gù）障子模塊而控（kòng）製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損（sǔn）、滾（gǔn）筒形變或重載產生震動等（děng）因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成（chéng）電機掃膛損壞電（diàn）機，實際生（shēng）產中常常通過（guò）增加氣隙大小來預防掃（sǎo）膛，而氣隙增大會導（dǎo）致永磁體用量增加，提高電機製造成本（běn）。隨（suí）動式定（dìng）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，可將氣隙做的更小，減少永磁（cí）體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該（gāi）隨（suí）動式定（dìng）子（zǐ）結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨（mó）機檢修複雜，降低檢修次數就是（shì）提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感（gǎn）應電機的優（yōu）點( 1）變頻（pín）調速控製，實現負載工況多樣性
傳統（tǒng）立磨速度單一（yī），工況（kuàng）適應能力差。遇到突發事件，調（diào）整磨鞮高（gāo）度來改變係統工作環境，係統反應速（sù）度慢。永磁同步電機采用變頻（pín）調速（sù），適（shì）應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高（gāo）度外，還增加了速度調節以（yǐ）快速適應係統工作環境（jìng），係統（tǒng）反應速度更快（kuài）。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統（tǒng）係統因（yīn）三相（xiàng）感應電機無法在低速實現大轉矩輸出（chū），需要額（é）外的盤車係統滿足（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擊，需增加軟起動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動後（hòu），通（tōng）過減速（sù）器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助（zhù）設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起（qǐ）動，轉（zhuǎn）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（jiǎn）單。
(3）變頻器（qì）軟（ruǎn）起動，起動過（guò）程隨意設定
傳統（tǒng）係統（tǒng）先由低速（sù）盤車（chē）係統起動，待三相感應電機達到起動條件後（hòu），軟起動裝置起動（dòng）三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無（wú）法實現過載輸（shū）出。在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（xì）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實際工況進行調整（zhěng），以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿（mǎn）足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減（jiǎn）速器，維（wéi）護成本更低,維護（hù）次數少
係統各構成（chéng）單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元（yuán）多。同時立磨減速（sù）器結構複雜需要經常維護，維（wéi）護成本費用高。同（tóng）時係統無法實現（xiàn）在低速運行的情況（kuàng）下進（jìn）行係統維護。直（zhí）驅係統構成單元（yuán）簡（jiǎn）單，變頻器控製（zhì）永磁同步電機直接驅動，控製方（fāng）便。係統內無減（jiǎn）速器，無需額外進（jìn）行維護，係統（tǒng）維護成本低。同時，係統可實現在電（diàn）機低速運行（háng）情況下進行係統（tǒng）維護。
(5）傳動效（xiào）率高,節能效果明顯
綜上采用（yòng）直驅永磁電機取代傳統驅動係統年（nián）節電量達（dá）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（xì）統相同，這裏不再一（yī）—贅述。
2、永磁直（zhí）驅立（lì）磨結（jié）構示（shì）意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅（qū）電機驅（qū）動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與（yǔ）壓力軸承上進行突破，通過設計一（yī）種雙（shuāng）向載荷扇形（xíng）模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成本,在工程實際中具有（yǒu）很強的（de）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（lì）磨專用永磁電機，代（dài）替傳（chuán）統的（de）減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正（zhèng）與承壓的作用，並（bìng）且方便製造、裝（zhuāng）配維護，節省（shěng）成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨（mó）機 
