1、技術背景
傳統的球磨機（jī）、立磨機大都采用三相異步電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行（háng）驅動（dòng），導致球磨機的傳動係統存在機械傳動（dòng）鏈（liàn）冗長、效率低、機構複雜、運行維護工（gōng）作量大（dà）等問題。
沈（shěn）陽工業大學電機與控製技術研（yán）究所與河（hé）南全（quán）新機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立（lì）磨機采用永磁直驅電機,通過將（jiāng）電動機（jī）與機械結構進行機（jī）電一體（tǐ）化設計，取消動（dòng）力（lì）傳輸的中間環節（jiē），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，顯著提高（gāo）了電機的效率與（yǔ）功率因數，具有節能、起動轉（zhuǎn）矩大、過（guò）載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控（kòng）製方麵,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、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。模塊化電機的控製技術可以實現降低大（dà）功率電機的輸入電壓，但是不（bú）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功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的（de）供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成本（běn）。每（měi）個模塊電機都具有一套獨立（lì）的控製係統，大大提升了電機控（kòng）製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完（wán）全可以隻運（yùn）行部分模（mó）塊電機驅（qū）動球磨機。
在結構（gòu）方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動（dòng）式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙（xì）的小（xiǎo）扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨（mó）機轉筒是否震動或偏心，定（dìng）子（zǐ）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。本產品通（tōng）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（de）氣（qì）隙可以（yǐ）設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電（diàn）機永磁體用量，降低生（shēng）產成本，節約稀土資源，節（jiē）能用電量。當模塊發生故障時，直接拆（chāi）卸故障電機，更換新的模（mó）塊電（diàn）機即可正常運（yùn）行。使用本（běn）產品完全不會因電機發生故障而影響到生（shēng）產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式（shì）定子結構構成一種“小車結（jié）構（gòu）”，滾筒（tǒng）就像公路（lù），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（de）起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾（gǔn）筒偏心浮動不影響滾輪貼（tiē）合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝（zhuāng）配誤差、軸承磨損、滾筒形變、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（yùn）行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做（zuò）的更小，減少永磁體（tǐ）用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現（xiàn）象（xiàng）。
本產（chǎn）品電機的定子為隨動式結構,基於（yú）模（mó）塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與（yǔ）轉子間（jiān）的間（jiān）隙，定子塊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半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上（shàng）波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定（dìng）子塊向上移（yí）動，上方彈性機構（gòu）繼續壓縮;下（xià）方定子塊在（zài）受到永磁體對其向上的吸引（yǐn）力的同時（shí），定（dìng）子塊（kuài）上的彈性機構將其向上頂，保（bǎo）證下（xià）方（fāng）定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表（biǎo）麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與（yǔ）圓周方向的移動，從而保證定（dìng）子、轉子之（zhī）間的間隙不變。球磨機滾筒向下（xià）複位或繼（jì）續向下波動，則上方定（dìng）子塊（kuài）在受到永磁體對其向（xiàng）下的吸引力的同（tóng）時，彈性機構將上（shàng）方其（qí）向下壓,下方定子塊被（bèi）轉筒向下壓。
本產品彈性（xìng）裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快（kuài）。
本產品將永磁電機采用模塊化控製（zhì），根據不同功（gōng）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（kuài）電（diàn）機，一台整圓（yuán）電機由多台（tái）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（dòng）式（shì）定子塊間設（shè）有固定在支撐框架上的擋板來對定子（zǐ）塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法（fǎ）蘭處銜接T型支撐板,用於（yú）支撐安裝電（diàn）機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊（kuài）安裝拆卸十分便（biàn）捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機（jī）構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行（háng）檢修或更換新的定子塊。
3、采（cǎi）用本（běn）產品代替傳統磨機的電（diàn）機（jī）驅動係統的優點
現階段大多數的球（qiú）磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及（jí）齒輪結構進（jìn）行驅動（dòng）。永磁同步電機（jī）與感應電機相比優勢（shì）是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了（le）能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感（gǎn）應電機則起動相（xiàng）對困難。這些也是近年來（lái）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、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提（tí）升至少20%。球磨機（jī）直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係（xì）統的故（gù）障率低，維護檢修方便，還避免（miǎn）了傳統（tǒng）設備因漏（lòu）油造成（chéng）環境（jìng）汙（wū）染。
由於本產品電（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（lǜ）電機做成了多個小功率電機。模塊化電（diàn）機的控製技術可（kě）以實現降低大功率（lǜ）電機的輸入電壓（yā），但是不增加電機的輸入電流（liú），電機不必采（cǎi）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（jì）降低了電（diàn）機的供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會（huì）導致（zhì）電機合成磁動勢（shì）發生畸變（biàn），諧波含量增加，平（píng）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（jìn）行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立（lì）的控製係統，大大提升了電機控製（zhì）的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在（zài）發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可（kě）正常運行。模塊化電機具有冗餘的（de）模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額（é）運行。使用（yòng）本產品完全不會因電機發生故障而影響（xiǎng）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（děng）因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會（huì）造成電機掃膛損壞（huài）電機，實際生（shēng）產中常常通（tōng）過增加氣隙大小來預防掃膛，而（ér）氣隙增大會導致永磁體（tǐ）用量（liàng）增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉（zhuǎn）筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙（xì）恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機（jī）不會發生掃膛現（xiàn）象，同時因為該隨動式定子結構在偏（piān）心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體（tǐ）積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產（chǎn）效（xiào）率。
4、隨動式球磨機（jī）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應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負（fù）載工況多樣性
傳統立磨（mó）速度單一，工（gōng）況適應能力差。遇到突發事（shì）件，調整磨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（néng）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快速適應係統工作環境，係統反應速度更快（kuài）。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統（tǒng）係統因三相感應電機無法在（zài）低速實（shí）現大轉矩輸出，需要額外的盤車係（xì）統滿足立磨的低速（sù）起（qǐ）動。為保證在電機（jī）起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加（jiā）軟起動裝置。三相（xiàng）感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運（yùn）行的輔助設備很多。直驅（qū）係統由變頻控製係統（tǒng）控製（zhì）永磁（cí）同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係（xì）統少（shǎo），結構（gòu）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（sù）盤車係統起動，待三相感應電機達（dá）到起（qǐ）動條件後，軟起（qǐ）動裝置起動三相（xiàng）感（gǎn）應電機，係統運行。係統控（kòng）製複（fù）雜，低速無法（fǎ）實現過載輸出。在低（dī）速過（guò）程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運（yùn）行，係統控製簡（jiǎn）單。變頻控（kòng）製起動過（guò）程可根據實際工況進行調（diào）整，以滿足各（gè）種工況的需（xū）求。低速可過（guò）載輸出，滿（mǎn）足起（qǐ）動需要，取代盤車係統。
(4）無（wú）減速（sù）器，維護成本更低,維護次數少
係統（tǒng）各構成單元均需要（yào）時常檢查和定期維護（hù），傳統係統構成（chéng）單元多。同（tóng）時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成（chéng）本費用高。同（tóng）時係統無法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（kòng）製（zhì）永磁（cí）同步電機（jī）直接（jiē）驅動，控製方便。係統（tǒng）內無減（jiǎn）速器，無需額外進行維護，係統維護（hù）成本低。同時，係統可實現（xiàn）在（zài）電機低速運行情況下進行（háng）係統（tǒng）維護。
(5）傳（chuán）動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅（qū）永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立式（shì）鯤磨機直驅係統的優（yōu）勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再（zài）一—贅述。
2、永磁（cí）直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直（zhí）驅電機驅動,提高了立磨效率（lǜ）。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過（guò）設計一種雙向（xiàng）載荷扇形（xíng）模塊機構替代（dài）大直徑（jìng）軸承，方便（biàn）加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有（yǒu）很強的實（shí）用型。
針對大、中、小（xiǎo）型不同尺寸（cùn）的立磨，分別設計（jì）了（le）三種立磨專用永磁電機，代替傳統（tǒng）的減速機與三相異（yì）步電動機，永磁直驅電機具有（yǒu）雙向載荷機構與不同的放置位（wèi）置，均能達到（dào）扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成（chéng）本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
