1、技術背景
傳統的球磨（mó）機、立磨機（jī）大都采用三（sān）相異步電（diàn）動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及（jí）齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量（liàng）大（dà）等問題。
沈陽工業大學電機與控製技（jì）術研究所（suǒ）與河（hé）南全（quán）新機（jī）電設備有限公司聯合設計研發的球磨（mó）機、立磨機（jī）采用永磁直驅電（diàn）機,通過（guò）將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳（chuán）輸的中（zhōng）間環節，做成直驅方案（àn），能（néng）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（le）電機的效率（lǜ）與功率（lǜ）因數，具有節能、起動轉矩大、過（guò）載能力強、係統免維護（hù）、自動化程度高等優點。
在控製方麵（miàn）,本產品（pǐn）電機定子采用了模塊化設計，不（bú）僅降低了加工、製造、運輸等難（nán）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（huà）電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入（rù）電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不（bú）必采用高等級絕（jué）緣。模塊化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低（dī）了電機的供電電壓和使用的（de）變（biàn）頻器容量，從而降低（dī）成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係（xì）統，大大（dà）提升（shēng）了電機控製的（de）自（zì）由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運（yùn）行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構（gòu）方麵，本產品電機的定子采用了一（yī）種（zhǒng）自主設計研發的隨動式結構，將（jiāng）整圓的定子（zǐ）分成若幹個相互存（cún）在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計（jì），確定（dìng）了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏（piān）心（xīn），定（dìng）子塊始終跟隨轉筒運動從（cóng）而保持定（dìng）子（zǐ）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（jiān）的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的（de）氣隙可（kě）以設計的比普（pǔ）通（tōng）永磁（cí）直驅電機（jī）的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低（dī）生產成本，節約稀（xī）土（tǔ）資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接（jiē）拆卸故障電機，更換新的模塊電（diàn）機即可（kě）正常運行。使用本產品完全不會（huì）因電機（jī）發生故障而影響到生產工期。
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（dìng）子結（jié）構構成（chéng）一種“小車結構”，滾筒就像（xiàng）公路，定子塊就像汽車。滾輪（lún）貼合滾筒旋轉相當於汽車在（zài）公路（lù）行駛，公路的起伏（fú）不影響車輪（lún）與地麵貼合，即（jí）滾筒偏（piān）心浮（fú）動不影響滾（gǔn）輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變（biàn）、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻（yún）時，仍能正常運轉，保證磨（mó）機（jī）始終（zhōng）運行在性能狀態（tài），不必停機（jī）檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可（kě）以做的更小，減少永磁體用量，並（bìng）且因為隨動（dòng）式結構，電（diàn）機不會（huì）發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結（jié）構,基（jī）於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定（dìng）子塊（kuài）結構，其隨動原理是在定子塊的軸（zhóu）向兩側安裝滾輪（lún）且滾（gǔn）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。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於（yú）半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，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移動，上方彈性機構繼續壓縮;下（xià）方定（dìng）子塊在受到永磁體對其向上（shàng）的吸引力的同時，定（dìng）子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合（hé）轉（zhuǎn）筒外（wài）表麵，使定子塊（kuài）跟隨轉筒波動（dòng）而進行徑向與圓周方向的移動，從而（ér）保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨（mó）機滾筒向下（xià）複位或繼續（xù）向下波動，則上方定（dìng）子塊在受（shòu）到永磁體對其（qí）向下的吸引力的同時（shí），彈性機構將上方其向（xiàng）下壓,下方定子塊被轉（zhuǎn）筒向下壓。
本產品彈性裝（zhuāng）置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓（yā）力,避（bì）免因彈性裝置設置的（de）壓力過大造成滾輪或轉筒磨損（sǔn）較快。
本產品將永磁電機采用模（mó）塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定（dìng）子塊構成一台模塊電機，一（yī）台整圓電機由（yóu）多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一（yī）個轉子，模塊電機包繞式（shì）安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨（suí）動式（shì）定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板（bǎn）來對定子塊進（jìn）行圓周方（fāng）向的限位。球磨機滾（gǔn）筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝（zhuāng）電（diàn）機轉子鐵心及（jí）磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安（ān）裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨（mó）機的徑向依次拆卸密封外殼、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，即可將定子（zǐ）塊（kuài）沿徑向拉出，進行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（qū）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（yǐ）及齒輪結構進行驅動。永磁同（tóng）步電機與感應電機相比優勢是它有較（jiào）高（gāo）的效率和功率因數，損耗大大（dà）降低，節約了能源。永磁電機通（tōng）過變頻器進行調速，電機運行平（píng）穩，係統響應速度快，感（gǎn）應電機則起動相（xiàng）對困難。這些也是近年來永（yǒng）磁電機應（yīng）用越來（lái）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（lún）的傳動環節，縮（suō）短係統（tǒng）的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升（shēng）至少20%。球磨機直驅係統（tǒng）的傳動效（xiào）率不僅得到大幅提升，而且直驅（qū）係（xì）統的故障率低，維護檢修方便，還避（bì）免（miǎn）了傳（chuán）統設備因漏油造（zào）成環境汙染。
由（yóu）於本產品電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造（zào），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。模塊化電機的控製技術可以實（shí）現降低大功率電機的（de）輸入電壓，但（dàn）是不增加（jiā）電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電（diàn）機（jī）的供電電（diàn）壓和使用的變頻（pín）器容量（liàng），從而降（jiàng）低成本。球磨機運行在（zài）輕（qīng）載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故（gù）障時，會導致（zhì）電機合成磁動勢發生畸變（biàn），諧波含量增加，平均轉矩下降，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，大大提升了（le）電（diàn）機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優（yōu）勢，在發生故障時。可以直接拆卸（xiè）故障電機更換（huàn）新的模塊（kuài）電機（jī）即可正常運行。模塊化電（diàn）機具有冗餘的模塊數，也（yě）可（kě）切除（chú）故障子模塊而控製其餘正常子模（mó）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（wù）差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變或（huò）重載產生（shēng）震動等因素會發（fā）生轉子偏心現象，偏心嚴（yán）重（chóng）時還會造成電機（jī）掃膛損壞電（diàn）機，實際生產中常常通（tōng）過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機（jī）製造成本。隨動式定子結（jié）構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間（jiān）的（de）間隙恒定，可（kě）將氣隙做的更小，減少永（yǒng）磁體用量，電機不（bú）會發生掃膛現象，同時因為該隨動式（shì）定子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（tǐ）積（jī）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（pèi）示意圖
二、永磁直驅立磨技術
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（chuán）統（tǒng）立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突（tū）發事件，調整磨鞮高度來改（gǎi）變（biàn）係統工作環境，係統反（fǎn）應速度慢。永（yǒng）磁同步電機采用（yòng）變（biàn）頻調速，適應工況能力強。遇到突（tū）發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更（gèng）快（kuài）。
(2）係統簡單,可靠性高（gāo）
傳統（tǒng）係統因三相感（gǎn）應電機無法在低速實現大（dà）轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿（mǎn）足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉（zhuǎn）矩需（xū）要，整個係（xì）統構（gòu）成複雜，係統運行的輔助（zhù）設備很多。直（zhí）驅係（xì）統由變頻控製係統控製永磁同（tóng）步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需（xū）盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車（chē）係統（tǒng）起動，待三相感應電（diàn）機達到起動條（tiáo）件後，軟起（qǐ）動裝（zhuāng）置起動三相感應電機，係統運行。係統控（kòng）製複雜，低速無法實（shí）現過載輸出。在低速過程需要盤車（chē）係統，將轉速（sù）提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低（dī）速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻（pín）控製起動過程可根據（jù）實際工況進行調整（zhěng），以滿足各種工（gōng）況的（de）需求。低速可過載輸出（chū），滿足起動需要，取（qǔ）代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護（hù）次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多（duō）。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係（xì）統無法實現在低速（sù）運（yùn）行的情（qíng）況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控（kòng）製永（yǒng）磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行（háng）維護（hù），係統維護成本（běn）低。同時，係（xì）統可實現在電機（jī）低（dī）速運行情（qíng）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統驅動係統年節電量達181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元/kWh）立式鯤（kūn）磨（mó）機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同（tóng），這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結（jié）構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨（mó）效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進（jìn）行突破，通過設計（jì）一種雙向載荷扇（shàn）形模塊（kuài）機構替代大直徑軸承，方便加（jiā）工、生產、運輸、裝配、維修，並（bìng）降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大（dà）、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代（dài）替（tì）傳統（tǒng）的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（tóng）的（de）放置位置，均（jun1）能達到扶正與（yǔ）承壓的作用，並且（qiě）方便製造、裝配維（wéi）護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
