1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用（yòng）三相異步電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統（tǒng）存（cún）在機械傳動鏈冗長、效率低（dī）、機構複雜、運（yùn）行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南日本一二三区视频在线（xīn）機電設備（bèi）有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨（mó）機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電（diàn）一體化設（shè）計，取消（xiāo）動力傳輸的中間環節，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（jī），顯著提高了電機的效率與功（gōng）率因數，具有節能、起動轉矩大（dà）、過載能力強、係統免維護（hù）、自動化程度高等優點。
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、運輸等難度，還相當（dāng）於把一個大功率電機做（zuò）成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實（shí）現降低大（dà）功率（lǜ）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（yòng）高等（děng）級絕緣。模（mó）塊化電（diàn）機采用（yòng）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電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊（kuài）電機都（dōu）具有一套獨（dú）立的控製係統，大（dà）大提升（shēng）了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時（shí），完全可以隻運行部分模（mó）塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采（cǎi）用了一種自主設計研發的隨動式結構，將（jiāng）整（zhěng）圓的定子分成若幹個相互存（cún）在間隙（xì）的小扇形塊，通過機械結構（gòu）設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨（suí）轉筒運動從而保（bǎo）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，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可（kě）以設計的比普通永磁直驅電機的小（xiǎo）很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生（shēng）產（chǎn）成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時（shí），直接拆卸（xiè）故障電機，更換新的模塊電機即可正常運（yùn）行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期。
2、球磨機專用隨（suí）動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構（gòu）構成一種“小車（chē）結構”，滾（gǔn）筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏心浮動不影（yǐng）響滾輪貼合滾筒，保證（zhèng）定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損（sǔn）、滾（gǔn）筒形變、重（chóng）載（zǎi）震動（dòng）等（děng）原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，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。同時電機定子與轉子間（jiān）的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不（bú）會發（fā）生（shēng）掃膛現象。
本產品電機的定（dìng）子為隨動（dòng）式結構,基於模塊化（huà）永磁直驅（qū）電機，采（cǎi）用獨立的扇形（xíng）定子（zǐ）塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼（tiē）合滾（gǔn）筒（tǒng）來確定定子與轉子間（jiān）的間隙，定子塊徑向外側設有與（yǔ）支撐框（kuàng）架相（xiàng）連的彈性機（jī）構。彈性機構（gòu）在球磨機（jī）滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定（dìng）子塊上安裝的滾輪，進而帶動定（dìng）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其（qí）向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向（xiàng）上（shàng）頂，保（bǎo）證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而（ér）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或繼續向下波動，則上方定（dìng）子塊在受（shòu）到永磁體對其向下的吸引力（lì）的同（tóng）時，彈性機構將（jiāng）上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力（lì）大小（xiǎo）可調，對於不同（tóng）位（wèi）置的定子塊設置（zhì）不同（tóng）的壓力,避免因彈性裝置設（shè）置的壓力過大造成滾輪或（huò）轉（zhuǎn）筒磨損較快。
本（běn）產品將永磁電機采用（yòng）模塊（kuài）化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個（gè）數的隨動式定（dìng）子（zǐ）塊構成一台（tái）模塊電機（jī），一（yī）台整圓電機由（yóu）多台模塊電機構成,多台模（mó）塊電機共（gòng）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（zhī）撐框架上（shàng）的擋板來對（duì）定（dìng）子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用（yòng）於支撐安裝電機轉子（zǐ）鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機（jī）的徑向依次（cì）拆卸密封外殼、彈性（xìng）機構、彈性機構（gòu）與定子塊之間的連（lián）接杆、彈（dàn）性機構支（zhī）撐架（jià），即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的（de）定（dìng）子塊。
3、采用本產品代替傳（chuán）統磨機的電機驅動係統的優（yōu）點
現階段（duàn）大多數（shù）的球磨機仍采用三相感應電動機、聯（lián）軸器（qì）、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（yōu）勢是它有（yǒu）較高的效率和功率因數，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（sù）度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永（yǒng）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（de）減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動（dòng）鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球（qiú）磨機（jī）直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而（ér）且直驅係統（tǒng）的故障率（lǜ）低，維護檢修方便，還避（bì）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（jiā）工，製造，運輸等（děng）難（nán）度，還相當於把一個大（dà）功（gōng）率（lǜ）電機（jī）做成了（le）多個小功率電機。模塊化（huà）電機的控製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（jī）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電壓和使用的變頻器（qì）容量，從而（ér）降低成本。球磨（mó）機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部（bù）分模塊電機驅（qū）動球磨機。
傳統（tǒng）電機故（gù）障時，會導致電機合成磁（cí）動（dòng）勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉（zhuǎn）矩下降，轉矩波動顯（xiǎn）著增加，無法繼續正常運行（háng）。而本產品進行（háng）了模塊化設計，每個模塊（kuài）電機都具有一（yī）套獨立的控製係統，大（dà）大提（tí）升了電機控製的自由度,可以利（lì）用其多電機結構和控製（zhì）靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障（zhàng）電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊（kuài）化電機具有冗餘的模塊數，也可切（qiē）除故障子模塊而控製其餘正常（cháng）子模（mó）塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故（gù）障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變或重載產生震（zhèn）動等因素會發生轉子偏心（xīn）現象，偏心嚴重時還會（huì）造成電機掃膛損壞電機，實（shí）際生（shēng）產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導（dǎo）致（zhì）永（yǒng）磁體用量增（zēng）加，提高電（diàn）機製造成（chéng）本（běn）。隨動式定子結（jié）構的（de）模塊電（diàn）機，能在轉筒偏心時保（bǎo）證定（dìng）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（diàn）機不會發生（shēng）掃膛現象，同時因為該隨動式定子結（jié）構（gòu）在偏心時能繼續正常工作，檢修次數（shù）更少，工作時間更長，大體積球磨機（jī）檢修複雜，降低檢修次數就（jiù）是提（tí）高生（shēng）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（duì）比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製（zhì），實現（xiàn）負載工況多樣性
傳統立磨速（sù）度（dù）單一，工況適應能（néng）力差。遇到突發事件（jiàn），調整磨（mó）鞮高度來改變係統工作環境，係統反應（yīng）速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整（zhěng）磨輾（niǎn）高度外，還增加了速度調（diào）節以快速適應係統工作環境，係（xì）統（tǒng）反（fǎn）應速度（dù）更（gèng）快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係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（dòng）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，通過減速器滿（mǎn）足（zú）係統轉矩需（xū）要，整個係統（tǒng）構成複雜（zá），係統運行的輔助設備很多。直（zhí）驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器（qì），輔助係統少，結（jié）構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起（qǐ）動裝置起（qǐ）動三相感應電機（jī），係統運行。係（xì）統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過（guò）程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機（jī）起動條（tiáo）件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控（kòng）製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調（diào）整，以（yǐ）滿足各種工況的需求。低速可過載（zǎi）輸出，滿足起動需要，取代（dài）盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更（gèng）低,維護次（cì）數少
係統各構成單（dān）元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統（tǒng）構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維（wéi）護成本費用高。同時係統（tǒng）無法（fǎ）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，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統（tǒng）內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可（kě）實現在（zài）電機低速運（yùn）行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜（zōng）上采用直驅永磁電機（jī）取代傳統（tǒng）驅動係統年節電量達181萬（wàn）元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機（jī）直驅係統相同（tóng），這裏不再一（yī）—贅（zhuì）述。
2、永磁直驅立磨結構（gòu）示意圖
本（běn）新（xīn）型立磨結構采用永磁（cí）直驅電（diàn）機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶（fú）正軸承與壓力軸（zhóu）承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代（dài）大直徑軸承，方便加工（gōng）、生產、運（yùn）輸、裝配、維（wéi）修，並降低成本,在工程實際中（zhōng）具有很強的實用型。
針對大（dà）、中、小型不同（tóng）尺寸的（de）立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電（diàn）機，代替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（gòu）與（yǔ）不同（tóng）的放置位（wèi）置，均能達（dá）到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配（pèi）維（wéi）護，節省成（chéng）本（běn）。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅（qū）礦用球磨機 
