1、技術背景
傳統的球磨機、立（lì）磨機（jī）大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅（qū）動，導致球磨機的傳（chuán）動係統存在機（jī）械傳動鏈冗長、效率低、機構複（fù）雜、運行維護工作（zuò）量（liàng）大等問題。
沈陽（yáng）工（gōng）業大學電機與控（kòng）製技術研究所與河南日本一二三区视频在线機電設備有限公司聯合（hé）設（shè）計研發（fā）的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機（jī）,通過將電動機與機械結（jié）構進行機電（diàn）一體化設（shè）計，取消動力傳輸的中間環節，做成直（zhí）驅方案，能直接滿足荷載的需求（qiú），省去（qù）傳統磨機（jī）的減速機，顯著提高了電機的（de）效率與功率因數，具有節能、起動（dòng）轉矩（jǔ）大、過（guò）載能力（lì）強、係統免維護、自動（dòng）化程度高等優點。
在（zài）控製方麵,本產品電機定子采用（yòng）了模（mó）塊化設（shè）計，不僅降低了加（jiā）工、製造、運輸等難度，還相當於把（bǎ）一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電（diàn）機的控製技術可以實現降低大功率電機的（de）輸入電壓，但是不增加電（diàn）機的（de）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小功（gōng）率變（biàn）頻器聯合供電，這樣設（shè）計降低了電機的（de）供電電壓和使用的變頻（pín）器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機（jī）運行在輕載（zǎi）工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅（qū）動球磨（mó）機。
在結構方麵，本產品電機的（de）定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分（fèn）成若幹個相（xiàng）互（hù）存在間隙（xì）的小扇形塊，通（tōng）過機（jī）械結構設計，確定了一種無論球磨機轉（zhuǎn）筒是否震動或偏心，定子塊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（chǎn）品（pǐn）通過（guò）機械結構（gòu）設計保（bǎo）證定子（zǐ）與轉子間的間隙恒定（dìng），電（diàn）機不會發生掃膛現象，因此電（diàn）機的（de）氣隙可以設計的（de）比普通永磁直（zhí）驅（qū）電機的小很多，從而（ér）大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀（xī）土資源，節能用電量。當模塊發生故障時（shí），直接拆卸故障電機，更換新的模塊（kuài）電機即（jí）可正常運行。使用本產品完全不會因電（diàn）機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨（mó）機專用隨動式（shì）永磁（cí）直驅（qū）電機概述
本產品的隨動式定子（zǐ）結（jié）構構成一種“小車（chē）結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽（qì）車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏（piān）心浮動不影響（xiǎng）滾輪貼合滾筒，保（bǎo）證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝（zhuāng）配誤差、軸承磨損、滾筒形（xíng）變（biàn）、重載震動（dòng）等原因造成電機偏心、氣隙不均（jun1）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。同（tóng）時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁（cí）體用量，並且因為（wéi）隨動式（shì）結構，電機不會發生掃（sǎo）膛現象。
本產品電（diàn）機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨（suí）動原理是在定子塊（kuài）的軸向兩側安裝滾（gǔn）輪且滾輪貼合滾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（gòu）在球磨（mó）機滾（gǔn）筒不偏心時處於（yú）半壓縮狀態,如果球（qiú）磨機滾筒向上（shàng）波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪（lún），進而帶動定子塊向上（shàng）移動，上（shàng）方彈性機構繼續壓縮;下方定（dìng）子塊（kuài）在受（shòu）到永磁體對其向上的吸引力的同時（shí），定子塊上的彈性機構將（jiāng）其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依（yī）然貼合轉筒外表麵，使定子（zǐ）塊跟隨轉筒（tǒng）波動而進行徑（jìng）向與圓周方向的移動，從而（ér）保（bǎo）證定子、轉子之（zhī）間的間隙不變（biàn）。球磨機（jī）滾筒向下複位或繼續向下波（bō）動，則（zé）上方定子塊在受到永磁體對（duì）其向下的吸引（yǐn）力的（de）同時，彈（dàn）性機構將上（shàng）方其向下壓,下方定子塊（kuài）被轉筒向（xiàng）下壓。
本產品彈（dàn）性裝置的壓力大小可（kě）調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因（yīn）彈性裝置設置的壓（yā）力過大造成滾輪或轉（zhuǎn）筒磨（mó）損（sǔn）較快。
本產品將永（yǒng）磁電機采用模塊化控製，根據（jù）不同功率的電機設計采（cǎi）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（yóu）多台模塊電機構成（chéng）,多（duō）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。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板（bǎn）來對定子塊進行圓（yuán）周方向（xiàng）的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於（yú）支撐安裝（zhuāng）電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的（de）隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷（jié），隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈（dàn）性機構與定子塊之間（jiān）的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉（lā）出，進行檢修或更換新的定子塊（kuài）。
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（duàn）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（sǔn）耗大大降低，節約了能源。永（yǒng）磁電機（jī）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（jī）則起動相（xiàng）對困難。這些也是（shì）近年來永磁電（diàn）機應用（yòng）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、及齒輪的傳動環節，縮短（duǎn）係統的傳動鏈，直驅係統的傳（chuán）動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不（bú）僅得到大幅提升，而且（qiě）直（zhí）驅係統的（de）故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
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，還相當於把一個大（dà）功（gōng）率電機做成了（le）多個小功率電機。模塊化電機的（de）控製技術可以實現降低（dī）大（dà）功率電機的（de）輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機（jī）不必采用高等級（jí）絕緣（yuán），模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣（yàng）設計降低了電機（jī）的供電電壓和（hé）使用的變頻器容量，從而降低成（chéng）本。球磨機運行在輕載工況時,完全（quán）可以隻（zhī）運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致（zhì）電機合成磁動勢（shì）發生畸變，諧波含量增（zēng）加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著（zhe）增加，無法繼續正常運行（háng）。而本產品進行了模塊化設計，每個（gè）模（mó）塊電機都具有一套（tào）獨立的控（kòng）製係統，大大提升了電機（jī）控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的（de）優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故（gù）障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具（jù）有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊（kuài）而控製其餘正常子模塊降（jiàng）額運行。使用本產（chǎn）品完全不會因電機發生故障（zhàng）而影（yǐng）響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形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（sǎo）膛損（sǔn）壞電機，實際生產（chǎn）中常常通（tōng）過增（zēng）加氣隙大小來預防掃膛，而（ér）氣隙增大會（huì）導（dǎo）致永磁體用量（liàng）增加，提高電（diàn）機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機（jī），能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙（xì）恒定，可（kě）將氣隙做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象（xiàng），同時因為該隨動式定子（zǐ）結構在偏心（xīn）時能繼（jì）續正常工作，檢修次（cì）數更少，工作時間更長（zhǎng），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（xiào）率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立（lì）磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變（biàn）頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨（mó）速度單一，工況適應能（néng）力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工（gōng）作（zuò）環境，係（xì）統反（fǎn）應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速（sù），適應工況能力強。遇（yù）到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了（le）速度調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度（dù）更快。
(2）係統簡單,可靠（kào）性高
傳統係統因（yīn）三相感應電機無（wú）法（fǎ）在（zài）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（bǎo）證在電機起動過（guò）程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後（hòu），通過減速器滿足係統（tǒng）轉（zhuǎn）矩需要，整個係統構成複雜（zá），係統運行的輔助設備很多。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（tǒng）和減（jiǎn）速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳（chuán）統係統先由低速（sù）盤車係統起（qǐ）動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相（xiàng）感應電（diàn）機，係統運行。係統控製複雜（zá），低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係（xì）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（biàn）頻低速起（qǐ）動（dòng），係統直接運行，係統控製簡單。變（biàn）頻控製起動過程可根據實際工況（kuàng）進行調整，以（yǐ）滿足各種工況（kuàng）的需求。低（dī）速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無（wú）減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各（gè）構成單元均需要時（shí）常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同（tóng）時立磨減速（sù）器（qì）結構複雜需要經常維護（hù），維護成（chéng）本（běn）費用高。同時係統無法實現在低速運行（háng）的情況下進行係統維護。直（zhí）驅係（xì）統構（gòu）成單元簡單，變（biàn）頻器控製永磁同步電（diàn）機直（zhí）接驅（qū）動，控製方（fāng）便。係統內（nèi）無減速器，無需額外進行維（wéi）護，係統維（wéi）護成本（běn）低。同時，係統可實現在電（diàn）機低速運行情況（kuàng）下進行係統維護。
(5）傳（chuán）動效率高,節能效果明（míng）顯
綜上采用直（zhí）驅永磁電機（jī）取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元/kWh）立（lì）式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅（qū）係統相同，這裏（lǐ）不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構（gòu）示意（yì）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（chéng）上進行突破，通過設計一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（bìng）降低成本（běn）,在（zài）工程實（shí）際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用（yòng）永磁電機（jī），代替傳統的減速機與（yǔ）三（sān）相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機（jī）構與不同的（de）放置位置，均能達（dá）到扶正與承壓的作用（yòng），並且方便製造、裝配維護，節省成本。均（jun1）已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
