1、技（jì）術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、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鏈（liàn）冗長、效率低、機構複雜、運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（nán）日本一二三区视频在线機電設備（bèi）有（yǒu）限公司聯合設（shè）計研發的球磨機、立（lì）磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結（jié）構進行機電一體化設計，取消動力（lì）傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的（de）需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高（gāo）了電（diàn）機的（de）效率與功率因數，具有節能、起（qǐ）動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在（zài）控製方麵,本產品（pǐn）電機定子采用了模塊化設計（jì），不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當於（yú）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（kòng）製技術可以實（shí）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（diàn）機采用多台小功率變頻器聯（lián）合（hé）供電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容（róng）量（liàng），從而降低成本。每個（gè）模塊電機（jī）都具有（yǒu）一套獨立（lì）的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨（mó）機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計（jì）研發的隨動式結構，將整（zhěng）圓的定子分成若幹個相（xiàng）互（hù）存（cún）在間隙的（de）小扇形塊（kuài），通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心（xīn），定子塊始終跟隨（suí）轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的（de）結構。本產品通過（guò）機械結構（gòu）設計保證定子與轉子間的間隙（xì）恒（héng）定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可（kě）以設（shè）計的比（bǐ）普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅（fú）降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電（diàn）量。當（dāng）模塊發生故（gù）障（zhàng）時，直接拆（chāi）卸故障電（diàn）機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故（gù）障而影響到生產（chǎn）工（gōng）期。
2、球磨機專用隨動式永磁直（zhí）驅電機概（gài）述（shù）
本產品的隨動（dòng）式定子結構構成一種“小車結構（gòu）”，滾筒（tǒng）就像（xiàng）公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在公路行駛，公路的起伏（fú）不（bú）影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響（xiǎng）滾輪貼合滾筒，保證定子（zǐ）、轉子間隙恒定，在球（qiú）磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機（jī）始終運行在性（xìng）能狀態（tài），不必停機檢修（xiū）。同時電機定子與（yǔ）轉子間的間隙（xì）也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電（diàn）機的定子為隨動式結構,基於模（mó）塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結（jié）構，其隨動原理是在定子塊的（de）軸向兩側安裝滾輪且滾（gǔn）輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的（de）間隙，定子（zǐ）塊（kuài）徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性（xìng）機（jī）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，進而帶動定子塊向上移動，上方彈（dàn）性機構繼續壓縮;下方（fāng）定子塊在受到永磁體對其向（xiàng）上的吸引力的同時，定子塊（kuài）上的彈（dàn）性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合（hé）轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而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（xià）複位或繼續向下波動（dòng），則上方定子塊在受（shòu）到永磁體對其向下的吸引力的（de）同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本（běn）產品彈性裝置的壓力（lì）大小可調，對於不同位置的定（dìng）子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝（zhuāng）置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采（cǎi）用模塊化控製，根據（jù）不（bú）同功率的電（diàn）機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模（mó）塊電（diàn）機，一台整圓電（diàn）機由多台模塊電機構成,多台模塊電（diàn）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（shì）定（dìng）子塊間設有（yǒu）固定在支撐框架上的擋板來對定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（bǎn）,用於支撐安（ān）裝電機轉子鐵心及（jí）磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝（zhuāng）拆卸十分便捷，隻需要（yào）沿球磨機的徑向依次拆卸（xiè）密封外殼、彈性機構、彈性（xìng）機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可（kě）將定子塊沿徑向拉（lā）出，進行檢修或更換新（xīn）的（de）定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機（jī）驅動係統的優點
現階段大多數（shù）的球磨（mó）機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進（jìn）行驅（qū）動。永磁同步電機與感應（yīng）電機相比優勢是它有較高的（de）效（xiào）率和功率因數，損耗大大降低，節約了能（néng）源（yuán）。永磁電機通過變（biàn）頻器進行（háng）調速，電機運（yùn）行平穩，係（xì）統響（xiǎng）應速度（dù）快，感應電機則起動相對困難。這些也是（shì）近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環（huán）節，縮（suō）短係統的（de）傳動（dòng）鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效（xiào）率不僅得到大（dà）幅提升，而且直驅係統（tǒng）的故（gù）障率低，維護檢修方便，還避免了（le）傳統設備因漏（lòu）油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了（le）模塊化設計，不僅降低了加（jiā）工，製（zhì）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（kuài）化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸（shū）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功率變頻器聯（lián）合供電。這樣（yàng）設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行（háng）在輕載工況時（shí）,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳（chuán）統電機故（gù）障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加（jiā），平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本（běn）產品（pǐn）進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製係統，大大提升了（le）電機控製的自由（yóu）度,可以利用其多電（diàn）機結（jié）構和控製（zhì）靈活的優勢，在發生故障時（shí）。可以直接拆卸故障電機更換（huàn）新的模塊電機即（jí）可正常運行。模塊化電機具有冗餘的（de）模塊數，也（yě）可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因（yīn）電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工（gōng）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象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增（zēng）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，提高電機製造成本。隨動式定（dìng）子（zǐ）結構的模（mó）塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉（zhuǎn）子之間的間隙恒定，可將氣隙做的（de）更小，減少永磁體用量（liàng），電機不會發生掃膛現象，同（tóng）時因為該隨動式定子結構在偏心時能（néng）繼續正常工作（zuò），檢修次數更少，工（gōng）作（zuò）時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數（shù）就是提（tí）高生產效率。
4、隨（suí）動式球磨機裝配示（shì）意圖（tú）
二、永磁直驅（qū）立（lì）磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調（diào）速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發（fā）事件（jiàn），調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力（lì）強。遇到突發事件（jiàn），除調整磨輾高度（dù）外，還增加了速度調節以快速（sù）適應係統工作環境，係統反應速（sù）度更快。
(2）係統簡單,可靠（kào）性高
傳統係統因三（sān）相感應電（diàn）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。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝（chōng）擊，需增加軟起動裝置（zhì）。三相感應電機起動後，通過減（jiǎn）速器滿（mǎn）足（zú）係統轉（zhuǎn）矩需要，整個係統構成複雜（zá），係統運（yùn）行的輔助設備很多。直驅係統（tǒng）由（yóu）變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩（jǔ）特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻（pín）器（qì）軟起動，起動過（guò）程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相（xiàng）感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將（jiāng）轉速提高到三相感應電機（jī）起動（dòng）條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控（kòng）製簡（jiǎn）單。變頻控製起動（dòng）過程可根據實際工況進行（háng）調整，以滿足各（gè）種工況的需求。低速可（kě）過載輸出（chū），滿足起動需要，取代（dài）盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
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（yuán）多。同時立磨減速器結構複雜需要（yào）經常（cháng）維護，維護成本費用高。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（qū）係統構成單元簡（jiǎn）單，變（biàn）頻器（qì）控製永磁同（tóng）步（bù）電機直接驅動，控製方便（biàn）。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現（xiàn）在電機低（dī）速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯（xiǎn）
綜上采用直驅永磁（cí）電機取代傳統驅動係統年節電量達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統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本（běn）新型立（lì）磨結構（gòu）采用永磁直（zhí）驅電機驅（qū）動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正軸承（chéng）與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙（shuāng）向載荷扇形（xíng）模塊機構替代大（dà）直（zhí）徑軸承，方便加工（gōng）、生產、運（yùn）輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很（hěn）強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分（fèn）別設（shè）計了三種立磨專用永磁電（diàn）機（jī），代替傳統（tǒng）的減速（sù）機與三相異（yì）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（zhì），均能達到扶（fú）正與（yǔ）承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節（jiē）省成（chéng）本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
