1、技術（shù）背景
傳統（tǒng）的球（qiú）磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝置以（yǐ）及齒輪結構進行驅動，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（háng）維護工作量大等問（wèn）題（tí）。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南91视频网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,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，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（zǎi）的需求，省（shěng）去傳統磨機的減速機，顯著（zhe）提高了電機的效率與功率因數，具（jù）有節能、起動轉矩大、過載能力強、係（xì）統免維護、自動化程度高（gāo）等優點。
在控製方麵,本（běn）產品電機定子采用了模塊化設計，不（bú）僅降低了加工、製造、運（yùn）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（de）控製技術可以實現降（jiàng）低大（dà）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。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了（le）電機的供電電（diàn）壓（yā）和使用的變頻器容量，從而降低（dī）成本。每個模塊（kuài）電機都具有一套獨立的控製係（xì）統，大大提升（shēng）了電機控製的自由度（dù），球磨機運行在輕載（zǎi）工況時（shí），完全可以隻運行部分（fèn）模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種（zhǒng）自主設計研發的隨動式結構，將整圓（yuán）的定子分成（chéng）若幹個（gè）相互存（cún）在間（jiān）隙的（de）小扇形塊，通過機（jī）械（xiè）結（jié）構設計，確定了（le）一（yī）種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終（zhōng）跟隨轉（zhuǎn）筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定（dìng）的結構。本產品通過機（jī）械結構（gòu）設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生（shēng）掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計（jì）的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大（dà）幅降低電機永磁體用量，降低生產成（chéng）本，節約稀土資源，節能用（yòng）電量。當模塊（kuài）發生故障時，直接拆卸故障（zhàng）電機，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（fā）生故障而影響到（dào）生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產（chǎn）品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像（xiàng）公（gōng）路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車（chē）在公路行駛（shǐ），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滾輪（lún）貼合滾筒，保證（zhèng）定子（zǐ）、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因（yīn）造成電機（jī）偏心、氣隙不均勻（yún）時，仍能正（zhèng）常運轉，保證磨機始終運行在性（xìng）能狀態，不必停機檢修。同時電機定（dìng）子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生（shēng）掃膛現象。
本產品電機的（de）定子為隨動式結構（gòu）,基（jī）於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定（dìng）子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安（ān）裝滾輪（lún）且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間（jiān）的（de）間隙，定子塊（kuài）徑向外（wài）側設有與支撐框架（jià）相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不（bú）偏心時處於半壓縮狀（zhuàng）態,如果球磨機滾（gǔn）筒向（xiàng）上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進（jìn）而帶動定子塊向上移（yí）動，上方彈性機構繼續（xù）壓縮;下方定（dìng）子塊（kuài）在受到永磁體（tǐ）對其向上（shàng）的（de）吸（xī）引力的同時（shí），定子塊上的（de）彈性（xìng）機構將其（qí）向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使（shǐ）定子塊跟隨轉筒波動而進（jìn）行徑（jìng）向與圓周方（fāng）向的（de）移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不（bú）變。球磨機滾筒向下複位（wèi）或繼續向下波動（dòng），則上方定子塊在受到永（yǒng）磁體對（duì）其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向（xiàng）下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性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（yīn）彈性裝置（zhì）設置的壓力過大造（zào）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，根據不同功率的電機（jī）設計采用不同個數的隨（suí）動式定子（zǐ）塊構（gòu）成一台模塊電機，一台整（zhěng）圓電機由多台模塊（kuài）電機構成,多台模塊電機共用同一個（gè）轉子，模塊電機（jī）包繞式安裝（zhuāng）在（zài）球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固（gù）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（lán）處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定（dìng）子塊安裝拆卸十分便捷，隻需（xū）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（kuài）之間的連接（jiē）杆、彈性機構支撐（chēng）架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統（tǒng）磨（mó）機的電機（jī）驅動係統（tǒng）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（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行驅（qū）動。永磁同步（bù）電機與感應電機（jī）相比優勢是它有較高的效（xiào）率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變（biàn）頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來（lái）越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了（le）中間的減速機、聯軸器（qì）、及（jí）齒輪的傳（chuán）動環節，縮短係統的傳（chuán）動鏈（liàn），直驅（qū）係統的傳動效率將提升（shēng）至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅（jǐn）得到大（dà）幅提升（shēng），而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備（bèi）因漏油造成環境汙染。
由於本產（chǎn）品電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不僅降低了加工（gōng），製造，運輸等難度，還相當於把一（yī）個大（dà）功率電機做成了多（duō）個小功率電機。模塊化電機（jī）的控製技術可以實現（xiàn）降（jiàng）低大功（gōng）率電機的輸入電壓，但是不（bú）增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高（gāo）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供電（diàn）電（diàn）壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在（zài）輕載工況（kuàng）時,完（wán）全可以隻運行部分模塊電機驅（qū）動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成（chéng）磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩（jǔ）下降（jiàng），轉矩波動（dòng）顯著增加，無法（fǎ）繼續正常運行。而本產（chǎn）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（hé）控製靈活的優勢（shì），在發生故障時（shí）。可以直接（jiē）拆卸故障電機（jī）更換新的模塊電機即可正常運行（háng）。模塊化（huà）電機具有冗餘（yú）的模塊數，也可切除故障子模塊而控（kòng）製其餘正常子模塊（kuài）降額運行。使用本產品（pǐn）完全不會因電機發生（shēng）故障而影響到生產工期。
球磨機（jī）因加（jiā）工（gōng）誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變或（huò）重載產（chǎn）生震動等因（yīn）素會發生轉子偏心現象，偏心（xīn）嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通（tōng）過增加氣（qì）隙大小來預防（fáng）掃膛（táng），而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高（gāo）電機製造成本。隨（suí）動式定（dìng）子（zǐ）結構的模塊電機，能在（zài）轉筒偏心時保證定子與轉子之間（jiān）的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生（shēng）掃膛現象，同時因為該（gāi）隨動式定子結構（gòu）在偏心時能繼續正常工作，檢（jiǎn）修次數更少（shǎo），工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修（xiū）次數就是提（tí）高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配（pèi）示意圖
二（èr）、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳（chuán）統感應電機的優點( 1）變頻（pín）調速控製（zhì），實（shí）現負載（zǎi）工況多樣性
傳統立磨速（sù）度單（dān）一，工況適應能（néng）力差。遇到突發事件，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（yòng）變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除（chú）調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應（yīng）係統工作環境，係統反（fǎn）應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三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（duì）電網造成過（guò）大的衝擊，需增（zēng）加（jiā）軟起（qǐ）動裝置。三（sān）相感應電機（jī）起（qǐ）動後，通過減速（sù）器滿足係統轉矩需要，整（zhěng）個係統構成複雜，係統運行的（de）輔助設備（bèi）很多。直驅係統由變頻控製係統控製（zhì）永磁同步電機起動，轉矩特（tè）性（xìng）滿足需要，無需盤（pán）車係統和減速器，輔助（zhù）係統少，結構簡單（dān）。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低（dī）速盤車係統起動，待三相感應電機達到起（qǐ）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（chéng）需要盤車（chē）係統，將轉（zhuǎn）速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（qǐ）動，係統直接運行，係統（tǒng）控製簡單（dān）。變頻控（kòng）製起動過（guò）程可根據實際工況進行調整，以（yǐ）滿足（zú）各（gè）種工（gōng）況的需求。低速可過載輸出（chū），滿足起動需要，取代盤（pán）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（chéng）單元多。同時立磨減速器結構複（fù）雜需要經常維護，維護（hù）成（chéng）本費用高。同時係統無法實現在低速運（yùn）行的情況下進行係統維護。直驅（qū）係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控（kòng）製方便（biàn）。係統內（nèi）無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低（dī）。同時，係（xì）統可實現在電機低速運行（háng）情況下進行係（xì）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。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球（qiú）磨機直驅係統（tǒng）相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨（mó）結構示意（yì）圖
本新型立磨（mó）結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在（zài）立磨扶正軸承與壓力軸承（chéng）上進行突破，通過（guò）設計（jì）一種雙向載（zǎi）荷扇形模（mó）塊機構替代（dài）大直徑軸承，方便加（jiā）工、生產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針（zhēn）對大、中、小（xiǎo）型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動（dòng）機，永磁直（zhí）驅電機具有雙向（xiàng）載荷機（jī）構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作（zuò）用（yòng），並且方便製造、裝配維護，節省成本（běn）。均已申請專 利（lì）。
永磁直驅礦（kuàng）用球磨機 
