1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三（sān）相（xiàng）異步電（diàn）動機、聯（lián）軸器、減速裝置（zhì）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（liàn）冗長、效率低、機構複雜（zá）、運行維（wéi）護工作量大等（děng）問題。
沈陽工業大（dà）學電機與控製技術研究所與河南（nán）91视频网機電設備有限公司聯合（hé）設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機（jī）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（qū）方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機（jī）的效率與功率因數，具有節能、起動轉（zhuǎn）矩大、過載能力強、係統免維護、自動化（huà）程度（dù）高等優點。
在控製方（fāng）麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製（zhì）造、運輸等難度，還相當於把一個（gè）大功率電機做成了多個（gè）小功率電（diàn）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（yā），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（mó）塊化電（diàn）機（jī）采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供（gòng）電（diàn），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（mó）塊電機都具有（yǒu）一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況（kuàng）時，完全可以隻（zhī）運行部分模塊電機驅動球磨機。
在（zài）結構方麵，本產品電機的定（dìng）子采用了一（yī）種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的（de）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（dòng）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（dìng）子與轉（zhuǎn）子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此（cǐ）電機的氣（qì）隙（xì）可以設計的比普通永（yǒng）磁直（zhí）驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降（jiàng）低生產成（chéng）本，節約稀土資（zī）源，節能用電量。當模塊（kuài）發生故障時（shí），直接拆卸故障電機，更換（huàn）新（xīn）的模塊電機即可正常運行。使用本（běn）產（chǎn）品（pǐn）完全不會因電機發生故障（zhàng）而影響（xiǎng）到生產（chǎn）工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒（tǒng）就像公路，定子（zǐ）塊就像汽車。滾輪（lún）貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在（zài）公路行駛，公路（lù）的起伏不影響車輪與（yǔ）地（dì）麵貼合，即滾（gǔn）筒偏心（xīn）浮動（dòng）不影響滾輪貼合滾筒，保證（zhèng）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（děng）原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能（néng）正常運轉，保證磨（mó）機始（shǐ）終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間（jiān）的間（jiān）隙也可以做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，並且因為（wéi）隨動式結構，電機不會發（fā）生（shēng）掃膛現象（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塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支（zhī）撐（chēng）框架相連（lián）的彈性機構。彈性機構（gòu）在球（qiú）磨機（jī）滾筒不偏心時處（chù）於半（bàn）壓縮狀態,如（rú）果球（qiú）磨機（jī）滾筒向上波動，轉筒會向上頂定（dìng）子塊上安裝的滾輪，進（jìn）而帶動定子塊向上移動（dòng），上方彈性（xìng）機（jī）構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向（xiàng）上（shàng）的吸引力的同時，定（dìng）子塊上的彈性機構（gòu）將其向（xiàng）上頂，保證下方（fāng）定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與（yǔ）圓周方向的移動，從而保證定子、轉（zhuǎn）子（zǐ）之間的間隙不變。球磨機滾筒（tǒng）向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受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（xià）壓,下（xià）方定子塊被（bèi）轉筒向下壓。
本（běn）產品彈性裝置的壓（yā）力大小可調，對於不同位置的（de）定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置（zhì）的壓力過大造成滾輪或轉筒（tǒng）磨損較快（kuài）。
本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子（zǐ）塊構成一台模塊電機，一台整（zhěng）圓電機由多台模塊電機構（gòu）成,多台模塊電機共（gòng）用同一個轉子，模塊電（diàn）機包繞式（shì）安裝在球磨機滾筒上。相鄰（lín）隨動式定子（zǐ）塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓（yuán）周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電（diàn）機轉子鐵心及磁鋼。
本產品（pǐn）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、彈性（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（yán）徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采（cǎi）用本產品代替傳（chuán）統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的球（qiú）磨機仍采（cǎi）用（yòng）三相感應電（diàn）動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永（yǒng）磁同步電機（jī）與感應電機相比優勢是它（tā）有較高的效率和功率因數，損耗大（dà）大（dà）降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機（jī）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越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取（qǔ）消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳（chuán）動環節，縮短係統（tǒng）的傳動（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）率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故（gù）障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設（shè）備因漏油造（zào）成環境汙染（rǎn）。
由於本產品電機定子采用了模（mó）塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還（hái）相當於把一個大功率電機（jī）做成（chéng）了多個小功（gōng）率電機。模塊化電機的（de）控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不（bú）增加電機的輸入電流，電機不必采用（yòng）高等級絕緣，模塊化電機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯（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（liàng），從（cóng）而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動（dòng）勢發生畸變，諧波含量（liàng）增加，平均轉（zhuǎn）矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而（ér）本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸（xiè）故障電（diàn）機更換新的模塊電機即可正常運（yùn）行。模塊化電機具（jù）有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正（zhèng）常子（zǐ）模塊降（jiàng）額運行。使用本產品完全（quán）不會因電機發（fā）生故障而影響到生產工期。
球磨機因（yīn）加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震（zhèn）動等因素會發生轉（zhuǎn）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（cháng）常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙（xì）增大會導（dǎo）致永磁體用量增（zēng）加，提高電（diàn）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（zǐ）與轉子之間的間（jiān）隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電（diàn）機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏（piān）心時能繼（jì）續正（zhèng）常工（gōng）作，檢修次數更少（shǎo），工作時間更長，大體（tǐ）積球磨機檢修複雜，降（jiàng）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、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感（gǎn）應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣（yàng）性（xìng）
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工作環境（jìng），係統反應（yīng）速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調（diào）整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係（xì）統工作環境，係統反應速（sù）度更快。
(2）係統簡單（dān）,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法在低速（sù）實現大轉矩輸出（chū），需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證（zhèng）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（zhuāng）置。三相感應電機起動後，通過（guò）減速（sù）器滿足（zú）係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔（fǔ）助（zhù）設備很多。直（zhí）驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電（diàn）機起動，轉矩特性滿（mǎn）足需要，無需盤車係統和減速器（qì），輔助係統少（shǎo），結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統（tǒng）係統先（xiān）由（yóu）低速盤車（chē）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（tǒng）運行。係統控製複雜，低（dī）速無法實（shí）現過（guò）載輸（shū）出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高（gāo）到三相感應電機起動（dòng）條件（jiàn）。直驅係統直（zhí）接變頻低速起動（dòng），係統直接運（yùn）行，係統控製（zhì）簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足（zú）各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動（dòng）需要，取代盤車係統。
(4）無減速（sù）器（qì），維護成本更低,維護次數（shù）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（tóng）時立磨（mó）減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高（gāo）。同（tóng）時係統無法實現在低速運行（háng）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（jiē）驅動，控製方便。係統（tǒng）內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同（tóng）時，係（xì）統可實現在電機（jī）低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高（gāo）,節能效果明顯
綜上采用直（zhí）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（qū）係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永（yǒng）磁直驅立（lì）磨結構示意圖
本新型立磨結構（gòu）采用永磁（cí）直驅電機驅動,提高了（le）立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力（lì）軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇（shàn）形模塊機（jī）構（gòu）替代大直徑軸承，方便加工、生（shēng）產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大（dà）、中、小型不同尺寸的立磨（mó），分別設（shè）計了三種立（lì）磨（mó）專用永磁電機，代替傳（chuán）統的減速機與三（sān）相（xiàng）異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷（hé）機構（gòu）與不同的放置位置，均能達到（dào）扶（fú）正與承（chéng）壓的作用，並且方便製造、裝配維護（hù），節省成本。均已申請專（zhuān） 利。
永磁直驅礦用球（qiú）磨機 
