1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都（dōu）采（cǎi）用三相異步電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以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、運行維護工作量大等問題。
沈陽工（gōng）業大學電機與控製（zhì）技術研究所與河南91视频网機（jī）電設備有限公司聯合設計研發的球磨（mó）機、立磨機采用永磁直（zhí）驅電機,通（tōng）過將電動機與機械結構進行機電一（yī）體化設計，取消（xiāo）動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省（shěng）去傳統磨機（jī）的減速（sù）機（jī），顯著（zhe）提高了電機的效（xiào）率與功（gōng）率因（yīn）數（shù），具有節能、起動轉矩大、過載能（néng）力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模（mó）塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工、製（zhì）造、運輸等難度，還相當於（yú）把一個大功率電（diàn）機做成了多個小功率電機。模（mó）塊化（huà）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（bú）增加電機的輸入電流，電機不必采用高等（děng）級絕緣。模塊（kuài）化電機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的（de）供電電壓（yā）和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有（yǒu）一套獨立的控製（zhì）係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機（jī）運行在（zài）輕載工況時，完全可以隻運行部（bù）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一（yī）種自（zì）主設計研發（fā）的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械（xiè）結構設計，確定了一種無（wú）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（zǐ）間隙恒定的結構。本（běn）產（chǎn）品通過機械結構設計保證定子（zǐ）與（yǔ）轉子間的間隙（xì）恒定，電機（jī）不會發生掃（sǎo）膛現象，因此電機的氣隙可（kě）以設（shè）計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅（fú）降低（dī）電機永磁體用量，降低生產成本（běn），節約稀土資（zī）源，節能用電量。當模塊發（fā）生故障時，直接拆（chāi）卸故（gù）障電機，更換新的模塊電機即可正常運（yùn）行。使用本產品完全（quán）不會（huì）因電機發生故障而（ér）影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式（shì）永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構（gòu）成一種“小車結構”，滾筒就（jiù）像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心（xīn）浮動不影響滾輪（lún）貼合（hé）滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變、重載震動等原因造成電機（jī）偏心（xīn）、氣隙（xì）不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必（bì）停機檢修。同時電機定（dìng）子（zǐ）與轉子間的間隙也可以做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子（zǐ）為隨（suí）動式結（jié）構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊（kuài）結構（gòu），其隨動原理是在定子塊（kuài）的軸（zhóu）向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾（gǔn）筒來確定（dìng）定子與轉（zhuǎn）子間的（de）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於半壓（yā）縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓（yā）縮（suō）;下方定子塊在受到永磁體對其（qí）向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂（dǐng），保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉（zhuǎn）筒波動而進行徑向與（yǔ）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（xiàng）下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機（jī）構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒（tǒng）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（bì）免因彈性裝置設置的壓力過大（dà）造成滾（gǔn）輪或（huò）轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同（tóng）功率（lǜ）的電（diàn）機設計采（cǎi）用不同（tóng）個數的隨動式定（dìng）子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多（duō）台（tái）模塊電機（jī）構成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式（shì）定子塊間（jiān）設有固定在支撐框架上的擋板（bǎn）來（lái）對定子塊進（jìn）行圓周方（fāng）向的限（xiàn）位。球磨機滾（gǔn）筒的（de）法（fǎ）蘭處銜接T型支（zhī）撐板,用於支（zhī）撐安裝電機轉子鐵心（xīn）及磁鋼。
本（běn）產品（pǐn）的隨動式定子塊（kuài）安裝拆卸十（shí）分便捷，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（yǔ）定子塊（kuài）之間（jiān）的連接杆、彈性機構（gòu）支撐架，即可將定子塊（kuài）沿徑向（xiàng）拉出，進行檢修（xiū）或更換新的定子（zǐ）塊。
3、采（cǎi）用本產（chǎn）品代替傳統磨機的電機驅動（dòng）係統的優點
現階（jiē）段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝（zhuāng）置（zhì）以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優（yōu）勢是它有較高的（de）效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩（wěn），係（xì）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，取消了中間（jiān）的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少（shǎo）20%。球磨機直驅係（xì）統（tǒng）的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢（jiǎn）修方便，還避免了傳統（tǒng）設備（bèi）因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機（jī）定子采（cǎi）用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造（zào），運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個（gè）大功率（lǜ）電機做成了多個小功率電機（jī）。模塊化（huà）電機的控製技術可以實現降低大功率（lǜ）電（diàn）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（jí）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電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低成本。球（qiú）磨機（jī）運行在輕載工況時,完（wán）全可以隻運行部分（fèn）模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會（huì）導致電機（jī）合成磁動勢（shì）發生畸變，諧波（bō）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。而本產（chǎn）品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統（tǒng），大大提升了（le）電機（jī）控製的自由度,可以利用其多電（diàn）機（jī）結構和控製靈活的優勢，在發生（shēng）故（gù）障時。可以直接拆卸故（gù）障電機更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（kě）切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使（shǐ）用本（běn）產品完全不（bú）會因電（diàn）機發生（shēng）故障而（ér）影響到生產工期。
球磨機因加（jiā）工誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會（huì）發生轉子偏心現象，偏心嚴重（chóng）時還會（huì）造成電機（jī）掃膛（táng）損壞電機，實（shí）際生產中常（cháng）常（cháng）通過增加氣隙大小來預（yù）防（fáng）掃膛，而氣隙增大會導致永（yǒng）磁體用量增加（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）子與（yǔ）轉子之間的間隙恒（héng）定，可將氣隙做的更（gèng）小（xiǎo），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構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數（shù）更（gèng）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（shì）意圖
二、永磁直（zhí）驅立磨技術
1、立（lì）磨（mó）直驅對比於傳（chuán）統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性（xìng）
傳統立磨速（sù）度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮（dī）高度來改變（biàn）係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同（tóng）步電機采用變（biàn）頻調速，適應工況（kuàng）能力強。遇到突發事件（jiàn），除調整磨輾（niǎn）高（gāo）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（dī）速實現（xiàn）大轉矩（jǔ）輸出，需要額外（wài）的盤車係統滿足立磨的低（dī）速起動。為保證在（zài）電機起動過程不對電網造成過大的衝擊（jī），需增加軟（ruǎn）起動（dòng）裝置。三相感應電機（jī）起動後（hòu），通過減速器滿足係統轉（zhuǎn）矩需（xū）要，整個（gè）係統構成（chéng）複雜，係統運行的輔助設備很多（duō）。直驅係統由變頻控製（zhì）係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車（chē）係統和減（jiǎn）速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起（qǐ）動過程隨意設定
傳統係統（tǒng）先（xiān）由低速盤車係統起動，待三（sān）相感應電機達（dá）到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機（jī），係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸（shū）出。在低（dī）速過程需要盤車（chē）係統，將轉速提高到三相感應（yīng）電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動（dòng），係統（tǒng）直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過（guò）程可根（gēn）據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求（qiú）。低速可過載輸出，滿足起動需要（yào），取代盤車係統。
(4）無減速器，維護（hù）成本更低,維（wéi）護次數少
係（xì）統各構成單元均需要時（shí）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雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速（sù）運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單（dān），變頻器控製永磁（cí）同步電機直接驅動，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（běn）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,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅（qū）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（de）優（yōu）勢與球磨機直驅係統相（xiàng）同，這裏不（bú）再一（yī）—贅述。
2、永磁直（zhí）驅立磨結構示意圖
本新型（xíng）立（lì）磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸（zhóu）承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙（shuāng）向載荷扇（shàn）形模塊機構替代大直徑（jìng）軸承，方便加（jiā）工、生產、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、中、小型不同尺（chǐ）寸的立磨，分別設（shè）計（jì）了三種立（lì）磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直（zhí）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的作用，並且方便製造、裝（zhuāng）配維護，節省（shěng）成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
