1、技術背景
傳（chuán）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（dǎo）致球磨機（jī）的傳動係統（tǒng）存（cún）在（zài）機（jī）械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問（wèn）題。
沈（shěn）陽（yáng）工業大學電機與控製技術研究所與河南91视频网機電（diàn）設備有限公（gōng）司聯合設計研（yán）發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機（jī）,通過將電動機與機械結構（gòu）進行機電一體化設計，取消動力傳輸的（de）中間環節，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，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過（guò）載（zǎi）能力強、係統免維護（hù）、自動化程度高等優點（diǎn）。
在控製方（fāng）麵（miàn）,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工（gōng）、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率（lǜ）電機。模（mó）塊化電機的控（kòng）製技術可（kě）以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電（diàn）機的輸入電流，電（diàn）機（jī）不必采用高等（děng）級絕緣（yuán）。模（mó）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電壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套（tào）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時，完全可以隻運行部分模（mó）塊電機驅動球磨機。
在結（jié）構方麵，本產品電機的定子（zǐ）采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整（zhěng）圓的（de）定子（zǐ）分成若幹個（gè）相互存在間隙的（de）小扇形塊，通（tōng）過（guò）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（zǐ）塊（kuài）始終跟隨轉（zhuǎn）筒運動從（cóng）而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品（pǐn）通過機械結構設計（jì）保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不（bú）會發生掃膛現象，因此電機的氣（qì）隙可以設（shè）計的比普通永（yǒng）磁直驅電機的小很多，從而大（dà）幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節（jiē）約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電（diàn）機即可正常（cháng）運行。使用（yòng）本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁（cí）直驅（qū）電機概述
本產品的隨動式定（dìng）子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋（xuán）轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵（miàn）貼合，即滾筒偏心浮動不（bú）影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子（zǐ）間隙恒定，在球磨機（jī）因裝（zhuāng）配誤（wù）差、軸（zhóu）承磨損（sǔn）、滾筒形（xíng）變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均（jun1）勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙（xì）也可以（yǐ）做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現（xiàn）象。
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（cè）安裝滾輪且滾輪貼（tiē）合滾筒來確（què）定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有（yǒu）與支撐框（kuàng）架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態（tài）,如果球磨（mó）機滾筒（tǒng）向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性（xìng）機構繼續（xù）壓縮;下（xià）方定子（zǐ）塊在（zài）受到永磁體（tǐ）對其向上的吸引力的同時，定子（zǐ）塊上的（de）彈性機構將其向（xiàng）上（shàng）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（ér）進行徑向與圓周方向的移動，從而保（bǎo）證定子、轉子之間的（de）間隙不變（biàn）。球磨機滾筒向下複位（wèi）或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的（de）吸引力的同時，彈性機構將上（shàng）方其向（xiàng）下壓（yā）,下（xià）方定子塊被（bèi）轉筒向（xiàng）下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可（kě）調，對（duì）於不同位置的（de）定子塊設置不同（tóng）的壓力,避免（miǎn）因彈性裝置（zhì）設（shè）置的壓（yā）力過（guò）大造成（chéng）滾輪或轉筒磨（mó）損較快。
本產品將永磁電機（jī）采（cǎi）用模塊化控製，根（gēn）據（jù）不同（tóng）功率的電機設計采用不同個數（shù）的隨動式定子塊構成（chéng）一台（tái）模（mó）塊電機（jī），一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一（yī）個轉子，模塊（kuài）電機包繞式安裝在球磨機滾筒（tǒng）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向的限位。球（qiú）磨機滾筒的法蘭處（chù）銜接T型支撐板（bǎn）,用於（yú）支撐安裝電機轉（zhuǎn）子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球（qiú）磨機的徑向依（yī）次拆卸密封外（wài）殼、彈性（xìng）機構（gòu）、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出（chū），進行檢修或更換新（xīn）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、減速裝置（zhì）以及齒輪結構（gòu）進行驅動。永（yǒng）磁同步電機與感應電（diàn）機相比優勢是它有較高（gāo）的效率和功率因數（shù），損耗大（dà）大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行（háng）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（shì）近年來永（yǒng）磁電機應（yīng）用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係統的傳動效率將提（tí）升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率（lǜ）不僅得到大（dà）幅提升，而且直驅係統（tǒng）的故障率低，維護檢修方便，還避免（miǎn）了傳統設備因漏油造（zào）成環境汙染（rǎn）。
由於（yú）本產品電機定子采（cǎi）用了（le）模塊化設計，不僅降低（dī）了加工，製造，運輸等難度，還相當於把（bǎ）一個大功率電機做成了多個小功率電機。模（mó）塊化電機的控製技術可以實現降（jiàng）低大功率（lǜ）電機（jī）的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機（jī）不必采用（yòng）高等級絕緣，模塊化電機采用多台小（xiǎo）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用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載（zǎi）工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變（biàn），諧波含量增加，平（píng）均轉矩下降，轉矩（jǔ）波動顯著（zhe）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（gè）模塊電機都具有一套獨立的控製係（xì）統，大（dà）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（shí）。可（kě）以直接拆卸故障電機更（gèng）換新的模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（qí）餘正常子模塊降額運行。使用本（běn）產品完全不會因電機發生故障（zhàng）而影響到生產工期（qī）。
球磨機因加（jiā）工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等（děng）因素會發生轉子偏心現象，偏心（xīn）嚴重時還會造成電機掃（sǎo）膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛（táng），而氣隙增大會導致（zhì）永（yǒng）磁體用量增加，提高電機（jī）製造成本。隨動式（shì）定子結構的模塊電機，能在（zài）轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做（zuò）的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結（jié）構在偏心時能繼續（xù）正（zhèng）常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，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、永磁（cí）直驅立磨技術
1、立磨直（zhí）驅對比於傳統感應電機的優點（diǎn）( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改（gǎi）變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采（cǎi）用變頻（pín）調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整（zhěng）磨輾高度外，還增加了（le）速度調節以快速適應（yīng）係（xì）統工作環（huán）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（yīng）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（qǐ）動過程不對電網造成過（guò）大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機（jī）起（qǐ）動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整（zhěng）個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅（qū）係統由變頻（pín）控製係（xì）統控製永磁同步電（diàn）機起動，轉矩特性滿足需要，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，待三相感應（yīng）電（diàn）機達到起動條（tiáo）件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統（tǒng）運（yùn）行。係統控製（zhì）複雜（zá），低速無法實現（xiàn）過載輸出（chū）。在低速過程需要盤車係（xì）統，將轉速提高到三（sān）相感應（yīng）電機起動條件。直（zhí）驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單（dān）。變頻控製起動過程可根（gēn）據實際工況進行調整，以（yǐ）滿足各種工況的需求。低速可（kě）過（guò）載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器（qì），維護成本更低,維護次（cì）數少
係統各構成單元均需要時常檢查（chá）和（hé）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（yào）經常維護，維護成本費用高。同時係（xì）統無法實現在低速運行的（de）情況下進（jìn）行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動（dòng），控製（zhì）方便（biàn）。係統內無減速器，無需額（é）外進行維護，係統維護成本低。同時，係統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（néng）效果明顯
綜上采用直驅（qū）永磁電機取代（dài）傳統驅動係統（tǒng）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磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨（mó）結構示意圖
本新型立磨結構（gòu）采用永磁直驅電機（jī）驅（qū）動,提（tí）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、生產、運輸、裝配（pèi）、維修，並降低成本,在工程實際中（zhōng）具有很強的實用型。
針對（duì）大、中（zhōng）、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種（zhǒng）立磨專用永磁電（diàn）機，代替傳統（tǒng）的減速機與三相異（yì）步（bù）電動（dòng）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（jun1）能達到扶正與承壓的作用，並（bìng）且方便製造、裝配維護，節省成本。均（jun1）已申請專 利。
永磁直（zhí）驅礦用球磨機 
