1、技術背景
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驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械（xiè）傳動鏈冗長、效率低、機（jī）構複雜、運行維護（hù）工作量大等問題。
沈（shěn）陽工業大學電機與控製技術研究所與河（hé）南春梦直播機電設備有限公司（sī）聯合設計研發的（de）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（jìn）行機電一體化設（shè）計，取消動力傳輸的中（zhōng）間環節，做成直驅方案，能直接滿（mǎn）足荷載的需求，省去傳統磨機的減（jiǎn）速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維（wéi）護、自（zì）動化（huà）程（chéng）度高（gāo）等優點。
在控製方麵,本產品電（diàn）機定子采用了模塊化（huà）設計（jì），不（bú）僅降低了（le）加（jiā）工、製（zhì）造、運輸等（děng）難度，還相當於把一個大功率電機做成（chéng）了多個小功率電機。模塊化電機的（de）控製技（jì）術（shù）可以實現降低大（dà）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（biàn）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容量，從而降低成本。每個（gè）模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）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電機驅動球磨機（jī）。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結（jié）構，將整圓的定子分成若幹個相互（hù）存在間隙的小扇形塊，通（tōng）過機械結構設計，確定了（le）一種無論球磨（mó）機（jī）轉筒是否震動或（huò）偏心，定子塊始（shǐ）終跟隨轉筒（tǒng）運動從而保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（zǐ）與轉子間（jiān）的間隙恒定，電（diàn）機不會發生掃膛現象（xiàng），因此電機的氣隙（xì）可以設計的比普通（tōng）永磁（cí）直驅電機的小很（hěn）多，從而大（dà）幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能（néng）用電量。當模塊（kuài）發生故障時，直接拆卸故障電機（jī），更換新的模塊（kuài）電機即（jí）可正常運行（háng）。使用本（běn）產（chǎn）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（zhuān）用隨動式永磁直驅電機概述
本（běn）產品（pǐn）的隨動式（shì）定子結構構成一種“小車結（jié）構”，滾（gǔn）筒就像（xiàng）公路，定子塊就像（xiàng）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（yǐng）響車輪與地（dì）麵貼（tiē）合，即滾（gǔn）筒偏心浮動（dòng）不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形變、重（chóng）載震動等原因造成電（diàn）機偏心、氣（qì）隙不均勻時，仍能正常運轉，保（bǎo）證磨機始終（zhōng）運（yùn）行在（zài）性能狀態，不必停機檢修。同時電機定（dìng）子與轉子間的（de）間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並（bìng）且因為隨動式結構，電（diàn）機不會發生（shēng）掃（sǎo）膛現象（xiàng）。
本產品電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（zǐ）塊結構（gòu），其隨（suí）動原理是在定子塊的軸向兩側安（ān）裝滾輪且滾輪貼（tiē）合滾筒來確定定（dìng）子與轉子間的間隙，定（dìng）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（gǔn）筒不（bú）偏心時（shí）處於半（bàn）壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊（kuài）上（shàng）安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮（suō）;下方定子塊在受到永磁（cí）體對其向上的吸（xī）引力的同時，定子（zǐ）塊上的彈性機構（gòu）將其向上頂，保證下方定子塊的滾（gǔn）輪依然貼合轉筒外（wài）表麵，使定子塊跟（gēn）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（zhuǎn）子之（zhī）間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動（dòng），則上方定子塊在受到（dào）永磁（cí）體對（duì）其向下的吸引力的同時（shí），彈性（xìng）機構（gòu）將上方其向下壓,下（xià）方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈（dàn）性裝置的（de）壓力大小可（kě）調，對於不同（tóng）位置的定子塊設置不（bú）同的壓力,避免因彈性裝置（zhì）設置的壓力（lì）過大造成（chéng）滾輪（lún）或轉筒磨損較快。
本產品將（jiāng）永磁電機采用模塊化控製，根據不同功（gōng）率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一（yī）台整圓電機由（yóu）多（duō）台模塊電機構成（chéng）,多台模塊電機共用同一個轉（zhuǎn）子，模（mó）塊電機包繞式安裝在球磨（mó）機滾（gǔn）筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方（fāng）向的限位。球磨機滾（gǔn）筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及（jí）磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便（biàn）捷（jié），隻需（xū）要（yào）沿球磨機的徑向依次（cì）拆卸密封外殼、彈（dàn）性機構、彈性機構與定（dìng）子塊之間的連接杆、彈性機（jī）構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進（jìn）行檢修或更（gèng）換新的（de）定子塊。
3、采用本產（chǎn）品（pǐn）代替（tì）傳（chuán）統磨（mó）機的電機驅動係統的優點
現階段大多數（shù）的球磨機（jī）仍采用三相感應電動機、聯軸器（qì）、減速（sù）裝置以（yǐ）及齒輪結構進行驅（qū）動。永磁同步電機與（yǔ）感應電機相比優勢是它有較高的（de）效率和功率因數，損耗大大降低，節約（yuē）了能源。永磁電機通過變頻器（qì）進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快（kuài），感（gǎn）應電機則起（qǐ）動相對困難（nán）。這些也是近年（nián）來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取（qǔ）消了中間（jiān）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升至少20%。球磨機直驅係統（tǒng）的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅（qū）係統的故（gù）障率低，維護檢修方便，還避免（miǎn）了傳（chuán）統設（shè）備因漏油造成環境汙染。
由（yóu）於（yú）本產品電機定子采用了（le）模（mó）塊化設計，不僅降（jiàng）低了加工（gōng），製造，運（yùn）輸等難（nán）度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小（xiǎo）功率（lǜ）電機。模塊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（diàn）機（jī）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。這樣設計降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。球磨機運行在（zài）輕載工況時（shí）,完全可以（yǐ）隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合（hé）成（chéng）磁動勢發生畸變，諧波含量增（zēng）加，平均轉矩下降，轉矩波動顯（xiǎn）著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模（mó）塊化設計，每個模塊電機都具有一套（tào）獨立的控製係統，大（dà）大提升了電機控製的自由度,可（kě）以利（lì）用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故（gù）障時（shí）。可以直接拆卸故障電機更換新的（de）模塊電機即可（kě）正常運（yùn）行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可（kě）切除故障子（zǐ）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（huì）因電機發生故（gù）障而影（yǐng）響到生產工期。
球磨機（jī）因加工誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變或重載產（chǎn）生震動等（děng）因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造（zào）成電機掃膛損壞（huài）電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用（yòng）量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定（dìng），可將氣隙做的更小，減少永磁（cí）體用量，電機（jī）不會（huì）發生掃膛現象，同時因為（wéi）該隨動式定子結構在偏心（xīn）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（qiú）磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二（èr）、永（yǒng）磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應（yīng）電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工（gōng）況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適（shì）應能力差。遇到突發事件，調整（zhěng）磨鞮（dī）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（sù），適應工況能力強。遇到突發（fā）事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度（dù）調節以（yǐ）快速適應係統工作環境，係統反應（yīng）速度（dù）更快。
(2）係統簡（jiǎn）單,可靠性高
傳統係統因三（sān）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（hòu），通過（guò）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（hé）減速器，輔助係統少，結構（gòu）簡（jiǎn）單。
(3）變頻器軟（ruǎn）起動，起動過程隨意設定
傳統係統（tǒng）先由低速盤車係統起動，待三相感應電機（jī）達到起動條件後，軟起動裝置（zhì）起（qǐ）動三（sān）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（yào）盤車（chē）係統（tǒng），將轉速（sù）提（tí）高到三相感（gǎn）應電機起動條件。直驅係統（tǒng）直接變頻低速起動，係統直接運行，係（xì）統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需（xū）求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(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（yào）時常檢查（chá）和定期維護，傳統係統構成單元多（duō）。同時立磨（mó）減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同（tóng）時（shí）係（xì）統無法實現在低速運（yùn）行（háng）的情況下進行係統維護。直驅係統構（gòu）成單（dān）元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減（jiǎn）速器，無需額外進行維護，係（xì）統維護成本低。同（tóng）時，係統（tǒng）可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果（guǒ）明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動（dòng）係統年節電（diàn）量達（dá）181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優（yōu）勢與球磨機直驅係統相（xiàng）同，這裏不再（zài）一（yī）—贅述。
2、永磁直驅立（lì）磨結構示意圖
本新型立（lì）磨結構采用（yòng）永磁直驅電機驅動（dòng）,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破（pò），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（biàn）加工、生產、運輸、裝（zhuāng）配（pèi）、維修，並降低成本,在工程實（shí）際中具有很強的（de）實用型。
針對大（dà）、中、小（xiǎo）型不同尺（chǐ）寸的（de）立磨，分（fèn）別設計了三種立磨專用永磁電機，代替（tì）傳統的減速機與三相異步電（diàn）動機，永磁直驅電機具有雙（shuāng）向載荷（hé）機構與不同的放（fàng）置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並（bìng）且方便製（zhì）造（zào）、裝配（pèi）維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
