1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相（xiàng）異步電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結構進（jìn）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。
沈陽工業大學電（diàn）機與控製技術研究（jiū）所（suǒ）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、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結（jié）構進行機電一（yī）體化設計，取消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，省去傳統磨機的減速（sù）機，顯（xiǎn）著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能（néng）力強、係統免（miǎn）維（wéi）護、自動化（huà）程（chéng）度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工、製造、運輸等（děng）難度，還相當於把一個大功（gōng）率電機做成了多個小功率電機。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（diàn）壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采（cǎi）用高等（děng）級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合（hé）供電（diàn），這樣設計降低了電機的（de）供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一（yī）套獨立的控製（zhì）係統（tǒng），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塊（kuài）電機（jī）驅動球磨機。
在（zài）結構方麵，本產品（pǐn）電機的定子采用了一種自主設計研發（fā）的隨動式（shì）結構，將整圓的定子分成若（ruò）幹個相互存在間隙的（de）小扇形塊，通過（guò）機械結構（gòu）設計，確定了一（yī）種無論球磨機轉（zhuǎn）筒是否（fǒu）震（zhèn）動（dòng）或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子（zǐ）與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間（jiān）隙恒定，電機不會發生掃膛現（xiàn）象，因此電機的（de）氣隙可以設計的比普通永（yǒng）磁直驅（qū）電機的小很多，從而大（dà）幅降低電機永磁體（tǐ）用量，降（jiàng）低生產成本（běn），節約稀土（tǔ）資源，節能用電量。當模塊發生（shēng）故障時，直接拆卸（xiè）故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不（bú）會因（yīn）電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動（dòng）式永磁（cí）直驅電機概述（shù）
本產（chǎn）品的隨動式（shì）定（dìng）子結構構成一種“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（lù）的起伏不影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾（gǔn）筒偏心（xīn）浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉（zhuǎn）子間隙恒定，在（zài）球磨機因裝配誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒（tǒng）形變、重載震（zhèn）動（dòng）等原因（yīn）造成電機偏心、氣隙不（bú）均勻時（shí），仍能正常運轉，保證磨機（jī）始終運行（háng）在性（xìng）能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與（yǔ）轉子間的間隙也（yě）可以做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，並且因為隨動式結構（gòu），電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化（huà）永（yǒng）磁（cí）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撐（chēng）框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處（chù）於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的（de）滾（gǔn）輪，進而帶動定子塊向上移動（dòng），上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸（xī）引力的同時，定子塊上的（de）彈性機構（gòu）將其向上頂，保證下方定子塊（kuài）的滾輪依然貼合（hé）轉筒外表（biǎo）麵，使定子塊跟隨（suí）轉筒波動而進行徑（jìng）向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉（zhuǎn）子之間的間隙不（bú）變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體（tǐ）對（duì）其向下的吸引力的同（tóng）時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力（lì）大（dà）小可（kě）調，對於不同位（wèi）置的定子塊設置不同的（de）壓力,避免因彈性裝（zhuāng）置設置的壓力過大造成滾輪或（huò）轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台（tái）模塊電機構成,多台模塊電機共用同（tóng）一個（gè）轉子，模塊電（diàn）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（jìn）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,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式（shì）定子塊安裝拆卸十分（fèn）便捷，隻需要沿球（qiú）磨機的徑向依次拆（chāi）卸（xiè）密封外殼、彈性（xìng）機構、彈性機構與定子塊之間的連（lián）接杆（gǎn）、彈性（xìng）機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或（huò）更換新的（de）定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優（yōu）點（diǎn）
現階段大多數的（de）球磨機仍采用三相感應（yīng）電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和（hé）功率因數，損耗大大降低（dī），節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，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（yě）是近年來永磁電機（jī）應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中（zhōng）間的（de）減速機、聯（lián）軸器、及齒輪的（de）傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳（chuán）動效率將（jiāng）提升至少20%。球磨機直驅係（xì）統的傳動效率不僅得到（dào）大幅提升，而且直（zhí）驅係（xì）統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統（tǒng）設備因漏（lòu）油造成環境汙染。
由於本產品（pǐn）電機定子采用了（le）模塊化設（shè）計，不僅降低（dī）了加工，製（zhì）造，運（yùn）輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個（gè）小功率電機。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。球磨機運行在輕載工況時,完（wán）全可以隻運行（háng）部分模塊電機驅動球磨機（jī）。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含（hán）量增加，平均轉（zhuǎn）矩（jǔ）下降（jiàng），轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設（shè）計（jì），每個模（mó）塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了（le）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。可以直接拆卸故障電機更換新（xīn）的模塊電機（jī）即可正常（cháng）運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切（qiē）除故障子模塊而控製其餘正常子模（mó）塊降額運行。使用本產品完全不會（huì）因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒（tǒng）形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心（xīn）現象，偏心嚴（yán）重（chóng）時還會（huì）造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來（lái）預防掃膛，而（ér）氣隙增大會導致永（yǒng）磁體用量增（zēng）加，提高電機製造成本。隨（suí）動式定（dìng）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（de）間隙恒定，可將氣隙（xì）做的更小，減少永磁體用量，電機不（bú）會發生（shēng）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（cì）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（xiào）率。
4、隨動式球磨（mó）機裝（zhuāng）配示意（yì）圖（tú）
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感（gǎn）應電（diàn）機的優點( 1）變（biàn）頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統（tǒng）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。永磁同步電機采用變頻調（diào）速，適應工況能力強。遇到突發（fā）事件，除調整（zhěng）磨輾（niǎn）高度外，還增加了速度調節以快（kuài）速適應係統工作環境，係統反（fǎn）應速度更快。
(2）係統簡單（dān）,可靠性高
傳統係統因三相感應（yīng）電機無法在低速實現大（dà）轉（zhuǎn）矩輸出，需要額外的盤車係統滿足（zú）立磨的低速起動（dòng）。為保證（zhèng）在（zài）電機起動過程不對電網造（zào）成過大（dà）的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動（dòng）後，通過減速器滿足係統轉矩需要（yào），整個（gè）係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直（zhí）驅係統由變頻控（kòng）製係統（tǒng）控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速（sù）器，輔助係統少，結構簡（jiǎn）單。
(3）變頻器軟起動，起（qǐ）動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相（xiàng）感應（yīng）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，低速無法實現過載（zǎi）輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感（gǎn）應電機起動條件。直驅係統直接變頻（pín）低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻（pín）控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿（mǎn）足各種工況的需求。低速（sù）可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車（chē）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，傳統係統構成單元（yuán）多。同時（shí）立磨減速器結（jié）構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係（xì）統無法實（shí）現在低（dī）速運行（háng）的情況下（xià）進行係統維護。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，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維（wéi）護（hù），係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速（sù）運（yùn）行情況下進行係統維護。
(5）傳動效（xiào）率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取（qǔ）代（dài）傳統（tǒng）驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨機（jī）直驅係統的優勢（shì）與球磨機直驅（qū）係統（tǒng）相（xiàng）同，這裏（lǐ）不再（zài）一—贅（zhuì）述。
2、永磁直驅（qū）立磨結構示（shì）意圖
本新型立磨結構采用（yòng）永（yǒng）磁直驅電機驅動,提高了立（lì）磨效率。在（zài）立磨扶正軸承與壓（yā）力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機（jī）構替（tì）代大直徑軸承（chéng），方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強（qiáng）的實用（yòng）型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別（bié）設計了三種立磨專用（yòng）永（yǒng）磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電（diàn）動機，永磁直驅電機具有雙向載（zǎi）荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓（yā）的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
