1、技術背景
傳統（tǒng）的（de）球（qiú）磨機、立磨機大都采用三相異（yì）步電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒（chǐ）輪結構進行驅動，導致球磨機的傳（chuán）動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業（yè）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（yán）發的球磨機（jī）、立磨機采用永（yǒng）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（chuán）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（xiǎn）著提高了電機的效率與功率因數，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。
在控製方麵,本產品電機定子（zǐ）采用了（le）模塊（kuài）化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）當於把一（yī）個大功率電（diàn）機做成了多個小功率電機。模塊（kuài）化電機的控製（zhì）技術可以實現降低大功率電機（jī）的輸入（rù）電（diàn）壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕（jué）緣。模塊化電機采用多台小功率變（biàn）頻器（qì）聯（lián）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。每個模塊電機都（dōu）具有一（yī）套獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）機控製的自由度，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（le）一種自主設（shè）計研發的隨動式結構，將整圓（yuán）的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種（zhǒng）無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子（zǐ）間隙恒定（dìng）的結構。本產（chǎn）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（xiàn）象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永（yǒng）磁體用量，降低生產成本，節約稀土（tǔ）資源，節能用電量（liàng）。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機（jī），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）障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動（dòng）式永磁直驅電機概（gài）述
本產（chǎn）品的隨動式定子結構構成一（yī）種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽（qì）車在公路行駛，公路的起伏（fú）不影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏心浮動不影（yǐng）響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙（xì）恒定，在球（qiú）磨機因裝配誤差、軸承磨損（sǔn）、滾（gǔn）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）始終運行在性能狀態，不必停（tíng）機檢修。同時電機定（dìng）子（zǐ）與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且（qiě）因為隨動式結構，電機不會發生掃（sǎo）膛現象。
本產品電機的定子（zǐ）為隨動式結構,基（jī）於模塊化（huà）永磁直驅（qū）電機，采用獨立（lì）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（gǔn）輪貼合滾筒來確定定子與轉子間（jiān）的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連（lián）的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不（bú）偏心（xīn）時處於半壓（yā）縮狀態,如果球磨機滾筒向上波（bō）動，轉筒會向上頂定子塊（kuài）上安裝的滾輪，進而帶動（dòng）定子（zǐ）塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定（dìng）子（zǐ）塊在受到（dào）永磁體（tǐ）對（duì）其向上的（de）吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方（fāng）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行徑向與圓周方向的移動，從而保證（zhèng）定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼（jì）續向下波動，則上方（fāng）定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈（dàn）性機構將上方其向下壓,下方定子塊被（bèi）轉筒向（xiàng）下壓。
本產品彈性裝置的（de）壓力大小可（kě）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（zhì）設置的壓力過大造成（chéng）滾輪（lún）或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據（jù）不（bú）同功率的（de）電機（jī）設（shè）計采用不同個數的隨動式（shì）定子塊（kuài）構成一台模塊電機，一台整（zhěng）圓電機（jī）由（yóu）多台（tái）模塊電機構成,多台模塊電機共用（yòng）同一個轉子，模（mó）塊電機包繞式（shì）安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動（dòng）式定子塊間設有固定在支撐框（kuàng）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,用於支撐（chēng）安裝電機轉子鐵（tiě）心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻（zhī）需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構（gòu）、彈（dàn）性（xìng）機構與定子塊之間的連接杆、彈性機（jī）構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現（xiàn）階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置（zhì）以及齒輪結構（gòu）進行驅動。永磁同步（bù）電機與感應電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。永磁電機（jī）通過變頻器進行（háng）調速，電機運行平穩（wěn），係統響應速度快，感應電機則起動（dòng）相對困難。這（zhè）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（jī）、聯軸器、及（jí）齒輪的傳動環（huán）節，縮短係統的傳動鏈，直驅（qū）係統的傳動效（xiào）率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅（jǐn）得到大（dà）幅提（tí）升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還（hái）避免了傳統設備（bèi）因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工（gōng），製造，運（yùn）輸（shū）等難度，還相當於把一個大功率電機做成（chéng）了多個小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加（jiā）電機的輸入電流，電機不必采用（yòng）高等級絕緣，模塊化電機采用多（duō）台小功率（lǜ）變頻器聯合供電。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（dī）成本。球磨機運行（háng）在輕載工況（kuàng）時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機（jī）。
傳統（tǒng）電機故障時，會導致電機合（hé）成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉（zhuǎn）矩下降，轉矩（jǔ）波動顯著（zhe）增加，無法繼續正常運行（háng）。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊（kuài）電機都具有（yǒu）一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度（dù）,可以利用其多電機結構和（hé）控（kòng）製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換（huàn）新（xīn）的模（mó）塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊（kuài）降額運行。使（shǐ）用本產品完全不會因電機（jī）發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生（shēng）震動等因（yīn）素會（huì）發生轉子（zǐ）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加氣隙大（dà）小來預防掃膛，而氣隙增大（dà）會導致永磁體用量增（zēng）加（jiā），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（dìng）子（zǐ）與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更（gèng）小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該（gāi）隨（suí）動式定子結構在偏（piān）心時能繼續正常工作，檢（jiǎn）修次數更少，工作時間更（gèng）長，大體積球（qiú）磨（mó）機（jī）檢修（xiū）複（fù）雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球（qiú）磨（mó）機裝配示意圖
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（yōu）點( 1）變頻調速控（kòng）製（zhì），實現負（fù）載（zǎi）工況多（duō）樣性
傳統立磨速度單一，工況適應（yīng）能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統（tǒng）工作（zuò）環境，係統反應速度慢（màn）。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，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統反應（yīng）速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相（xiàng）感應電機（jī）無法在低速實現（xiàn）大轉（zhuǎn）矩輸出，需（xū）要額外（wài）的（de）盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不（bú）對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應（yīng）電機起（qǐ）動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設（shè）備很多（duō）。直驅係統由變頻控製係統控製永磁（cí）同步電機起動，轉矩特（tè）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）變頻器（qì）軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動（dòng），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（wú）法實現過載輸出。在（zài）低速過程需（xū）要盤車係統，將轉速提（tí）高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變（biàn）頻低速（sù）起動，係統直接運（yùn）行，係（xì）統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實（shí）際工況進行調整，以滿（mǎn）足各種工況的需求。低速可過載輸出（chū），滿（mǎn）足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更（gèng）低（dī）,維護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法（fǎ）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（jiǎn）單，變（biàn）頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需（xū）額外進（jìn）行維護，係統（tǒng）維護成（chéng）本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況（kuàng）下進行係統維護。
(5）傳動效率高（gāo）,節能（néng）效（xiào）果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代（dài）傳統驅動係統年節（jiē）電（diàn）量達181萬元（yuán）。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立式鯤（kūn）磨機直驅係（xì）統的優勢與球磨機（jī）直驅係（xì）統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直（zhí）驅立磨結構示意圖
本新型立磨（mó）結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正軸承與壓（yā）力軸承（chéng）上進行突破，通（tōng）過設計（jì）一種雙（shuāng）向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配（pèi）、維修，並降（jiàng）低成（chéng）本,在工程實際中具有很（hěn）強的實用型。
針對（duì）大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設（shè）計了三種立磨（mó）專用（yòng）永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓（yā）的作用，並且方（fāng）便製造、裝配維護，節省成本。均（jun1）已申請專 利。
永磁直驅礦用球（qiú）磨機 
