1、技(jì )術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用(yòng)三相異步電(diàn)動機、聯軸器、減速裝(zhuāng)置以及齒輪結構進行驅動，導緻球磨機的傳動系統存在機械傳動鏈冗長(cháng)、效率低、機構複雜、運行維護工作(zuò)量大等問題。
沈陽工業大學(xué)電(diàn)機與控制技(jì )術研究所與河南全新(xīn)機電(diàn)設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用(yòng)永磁直驅電(diàn)機,通過将電(diàn)動機與機械結構進行機電(diàn)一體(tǐ)化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能(néng)直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電(diàn)機的效率與功率因數，具有節能(néng)、起動轉矩大、過載能(néng)力強、系統免維護、自動化程度高等優點。
在控制方面,本産品電(diàn)機定子采用(yòng)了模塊化設計，不僅降低了加工、制造、運輸等難度，還相當于把一個大功率電(diàn)機做成了多(duō)個小(xiǎo)功率電(diàn)機。模塊化電(diàn)機的控制技(jì )術可(kě)以實現降低大功率電(diàn)機的輸入電(diàn)壓，但是不增加電(diàn)機的輸入電(diàn)流，電(diàn)機不必采用(yòng)高等級絕緣。模塊化電(diàn)機采用(yòng)多(duō)台小(xiǎo)功率變頻器聯合供電(diàn)，這樣設計降低了電(diàn)機的供電(diàn)電(diàn)壓和使用(yòng)的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電(diàn)機都具有一套獨立的控制系統，大大提升了電(diàn)機控制的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可(kě)以隻運行部分(fēn)模塊電(diàn)機驅動球磨機。
在結構方面，本産品電(diàn)機的定子采用(yòng)了一種自主設計研發的随動式結構，将整圓的定子分(fēn)成若幹個相互存在間隙的小(xiǎo)扇形塊，通過機械結構設計，确定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟随轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本産品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電(diàn)機不會發生掃膛現象，因此電(diàn)機的氣隙可(kě)以設計的比普通永磁直驅電(diàn)機的小(xiǎo)很(hěn)多(duō)，從而大幅降低電(diàn)機永磁體(tǐ)用(yòng)量，降低生産成本，節約稀土資源，節能(néng)用(yòng)電(diàn)量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電(diàn)機，更換新(xīn)的模塊電(diàn)機即可(kě)正常運行。使用(yòng)本産品完全不會因電(diàn)機發生故障而影響到生産工期。
2、球磨機專用(yòng)随動式永磁直驅電(diàn)機概述
本産品的随動式定子結構構成一種“小(xiǎo)車(chē)結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車(chē)。滾輪貼合滾筒旋轉相當于汽車(chē)在公路行駛，公路的起伏不影響車(chē)輪與地面貼合，即滾筒偏心浮動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(zhuāng)配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電(diàn)機偏心、氣隙不均勻時，仍能(néng)正常運轉，保證磨機始終運行在性能(néng)狀态，不必停機檢修。同時電(diàn)機定子與轉子間的間隙也可(kě)以做的更小(xiǎo)，減少永磁體(tǐ)用(yòng)量，并且因為(wèi)随動式結構，電(diàn)機不會發生掃膛現象。
本産品電(diàn)機的定子為(wèi)随動式結構,基于模塊化永磁直驅電(diàn)機，采用(yòng)獨立的扇形定子塊結構，其随動原理(lǐ)是在定子塊的軸向兩側安(ān)裝(zhuāng)滾輪且滾輪貼合滾筒來确定定子與轉子間的間隙，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于半壓縮狀态,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安(ān)裝(zhuāng)的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體(tǐ)對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構将其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表面，使定子塊跟随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。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體(tǐ)對其向下的吸引力的同時，彈性機構将上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本産品彈性裝(zhuāng)置的壓力大小(xiǎo)可(kě)調，對于不同位置的定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。
本産品将永磁電(diàn)機采用(yòng)模塊化控制，根據不同功率的電(diàn)機設計采用(yòng)不同個數的随動式定子塊構成一台模塊電(diàn)機，一台整圓電(diàn)機由多(duō)台模塊電(diàn)機構成,多(duō)台模塊電(diàn)機共用(yòng)同一個轉子，模塊電(diàn)機包繞式安(ān)裝(zhuāng)在球磨機滾筒上。相鄰随動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋闆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型支撐闆,用(yòng)于支撐安(ān)裝(zhuāng)電(diàn)機轉子鐵心及磁鋼。
本産品的随動式定子塊安(ān)裝(zhuāng)拆卸十分(fēn)便捷，隻需要沿球磨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(kě)将定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新(xīn)的定子塊。
3、采用(yòng)本産品代替傳統磨機的電(diàn)機驅動系統的優點
現階段大多(duō)數的球磨機仍采用(yòng)三相感應電(diàn)動機、聯軸器、減速裝(zhuāng)置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電(diàn)機與感應電(diàn)機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能(néng)源。永磁電(diàn)機通過變頻器進行調速，電(diàn)機運行平穩，系統響應速度快，感應電(diàn)機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電(diàn)機應用(yòng)越來越廣泛的原因。
采用(yòng)永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短系統的傳動鏈，直驅系統的傳動效率将提升至少20%。球磨機直驅系統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅系統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境污染。
由于本産品電(diàn)機定子采用(yòng)了模塊化設計，不僅降低了加工，制造，運輸等難度，還相當于把一個大功率電(diàn)機做成了多(duō)個小(xiǎo)功率電(diàn)機。模塊化電(diàn)機的控制技(jì )術可(kě)以實現降低大功率電(diàn)機的輸入電(diàn)壓，但是不增加電(diàn)機的輸入電(diàn)流，電(diàn)機不必采用(yòng)高等級絕緣，模塊化電(diàn)機采用(yòng)多(duō)台小(xiǎo)功率變頻器聯合供電(diàn)。這樣設計降低了電(diàn)機的供電(diàn)電(diàn)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(kě)以隻運行部分(fēn)模塊電(diàn)機驅動球磨機。
傳統電(diàn)機故障時，會導緻電(diàn)機合成磁動勢發生畸變，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。而本産品進行了模塊化設計，每個模塊電(diàn)機都具有一套獨立的控制系統，大大提升了電(diàn)機控制的自由度,可(kě)以利用(yòng)其多(duō)電(diàn)機結構和控制靈活的優勢，在發生故障時。可(kě)以直接拆卸故障電(diàn)機更換新(xīn)的模塊電(diàn)機即可(kě)正常運行。模塊化電(diàn)機具有冗餘的模塊數，也可(kě)切除故障子模塊而控制其餘正常子模塊降額運行。使用(yòng)本産品完全不會因電(diàn)機發生故障而影響到生産工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載産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(diàn)機掃膛損壞電(diàn)機，實際生産中常常通過增加氣隙大小(xiǎo)來預防掃膛，而氣隙增大會導緻永磁體(tǐ)用(yòng)量增加，提高電(diàn)機制造成本。随動式定子結構的模塊電(diàn)機，能(néng)在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可(kě)将氣隙做的更小(xiǎo)，減少永磁體(tǐ)用(yòng)量，電(diàn)機不會發生掃膛現象，同時因為(wèi)該随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，工作(zuò)時間更長(cháng)，大體(tǐ)積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生産效率。
4、随動式球磨機裝(zhuāng)配示意圖
二、永磁直驅立磨技(jì )術
1、立磨直驅對比于傳統感應電(diàn)機的優點( 1）變頻調速控制，實現負載工況多(duō)樣性
傳統立磨速度單一，工況适應能(néng)力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變系統工作(zuò)環境，系統反應速度慢。永磁同步電(diàn)機采用(yòng)變頻調速，适應工況能(néng)力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速适應系統工作(zuò)環境，系統反應速度更快。
(2）系統簡單,可(kě)靠性高
傳統系統因三相感應電(diàn)機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車(chē)系統滿足立磨的低速起動。為(wèi)保證在電(diàn)機起動過程不對電(diàn)網造成過大的沖擊，需增加軟起動裝(zhuāng)置。三相感應電(diàn)機起動後，通過減速器滿足系統轉矩需要，整個系統構成複雜，系統運行的輔助設備很(hěn)多(duō)。直驅系統由變頻控制系統控制永磁同步電(diàn)機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車(chē)系統和減速器，輔助系統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程随意設定
傳統系統先由低速盤車(chē)系統起動，待三相感應電(diàn)機達到起動條件後，軟起動裝(zhuāng)置起動三相感應電(diàn)機，系統運行。系統控制複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車(chē)系統，将轉速提高到三相感應電(diàn)機起動條件。直驅系統直接變頻低速起動，系統直接運行，系統控制簡單。變頻控制起動過程可(kě)根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可(kě)過載輸出，滿足起動需要，取代盤車(chē)系統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
系統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統系統構成單元多(duō)。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用(yòng)高。同時系統無法實現在低速運行的情況下進行系統維護。直驅系統構成單元簡單，變頻器控制永磁同步電(diàn)機直接驅動，控制方便。系統内無減速器，無需額外進行維護，系統維護成本低。同時，系統可(kě)實現在電(diàn)機低速運行情況下進行系統維護。
(5）傳動效率高,節能(néng)效果明顯
綜上采用(yòng)直驅永磁電(diàn)機取代傳統驅動系統年節電(diàn)量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鲲磨機直驅系統的優勢與球磨機直驅系統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新(xīn)型立磨結構采用(yòng)永磁直驅電(diàn)機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生産、運輸、裝(zhuāng)配、維修，并降低成本,在工程實際中具有很(hěn)強的實用(yòng)型。
針對大、中、小(xiǎo)型不同尺寸的立磨，分(fēn)别設計了三種立磨專用(yòng)永磁電(diàn)機，代替傳統的減速機與三相異步電(diàn)動機，永磁直驅電(diàn)機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能(néng)達到扶正與承壓的作(zuò)用(yòng)，并且方便制造、裝(zhuāng)配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用(yòng)球磨機 
