1、技術背景
傳統（tǒng）的球磨機、立磨機大都采（cǎi）用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳（chuán）動鏈冗（rǒng）長、效率低、機構複（fù）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（yán）究所與河（hé）南（nán）91视频网機電設備有限公司聯合設計研（yán）發的球磨機、立（lì）磨機采（cǎi）用永磁直驅電機,通（tōng）過將電動機與機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（yǒu）節能、起（qǐ）動轉矩大、過載能力強（qiáng）、係統免（miǎn）維護、自（zì）動化（huà）程度高等優點。
在控製方麵（miàn）,本產品（pǐn）電機定子采用了模塊化（huà）設計（jì），不僅降低了加工、製造、運輸等難度（dù），還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率（lǜ）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（de）輸入電流，電機不必采用高等（děng）級（jí）絕緣。模塊化電機采用多（duō）台（tái）小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的供電（diàn）電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低成本。每個模（mó）塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統，大（dà）大提升（shēng）了電機（jī）控製的自由度，球磨機運（yùn）行在輕載工況時，完全可以隻運行（háng）部（bù）分模塊電機（jī）驅動球磨機。
在結構方麵（miàn），本產品電機的定子（zǐ）采用了（le）一種自主設計（jì）研（yán）發的隨動式結構，將整圓的定子（zǐ）分成（chéng）若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過（guò）機械結構設計，確定了一種（zhǒng）無論球磨機（jī）轉（zhuǎn）筒是否震（zhèn）動或偏心，定子塊始終（zhōng）跟（gēn）隨轉筒運動從而保持（chí）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（zǐ）與轉（zhuǎn）子間的間隙恒（héng）定（dìng），電機不會發生（shēng）掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直（zhí）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，節約稀土資源，節能用電量（liàng）。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更（gèng）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（jī）發生故障（zhàng）而影響到生產工期。
2、球（qiú）磨（mó）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”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾（gǔn）筒旋（xuán）轉相當於（yú）汽車在公路行（háng）駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒（tǒng），保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變、重載震動等原因造成（chéng）電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉（zhuǎn），保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢（jiǎn）修。同時電機定（dìng）子與轉子間的間隙也可以做的更（gèng）小，減少永磁體用量，並且因（yīn）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（yú）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（xiàng）兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒（tǒng）來確定定子與（yǔ）轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架（jià）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,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會（huì）向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動（dòng）定子塊向上移動，上方彈性機構繼（jì）續壓縮;下（xià）方定子塊在（zài）受到永磁體對其向（xiàng）上的吸引力的（de）同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂（dǐng），保證下（xià）方定子塊的滾輪依然貼（tiē）合轉（zhuǎn）筒外（wài）表麵，使定子塊跟隨轉筒（tǒng）波動而進行徑向與圓周方（fāng）向的移動，從而保證定子、轉子（zǐ）之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上（shàng）方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（shàng）方其向（xiàng）下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置（zhì）的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置（zhì）不同的壓力（lì）,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（jiāng）永磁電（diàn）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模塊電（diàn）機構成,多（duō）台模塊電機共用同一（yī）個轉子，模塊電機（jī）包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架（jià）上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限（xiàn）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便捷，隻需要（yào）沿（yán）球（qiú）磨機的徑向依次拆（chāi）卸密封外殼、彈性機構、彈性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（xiū）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（tǒng）的（de）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、減速裝置以及（jí）齒輪結構進行驅動。永磁（cí）同步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，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電（diàn）機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起（qǐ）動相對困難。這些也（yě）是近年來永磁電機（jī）應用越來（lái）越廣泛的原因。
采用永（yǒng）磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒（chǐ）輪的（de）傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係（xì）統的傳動效率將（jiāng）提升至少（shǎo）20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大（dà）幅提升，而且直驅係（xì）統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏（lòu）油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低（dī）了加工，製造，運輸（shū）等難度，還（hái）相當於把一個大功率電機做成了多個小功率（lǜ）電機。模塊（kuài）化電機的控製技術可以實現降低大功（gōng）率電機的輸入電壓，但（dàn）是不增加電（diàn）機的（de）輸入電流，電機不必（bì）采用高等級絕緣（yuán），模塊化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行（háng）在輕（qīng）載工況（kuàng）時,完全可（kě）以隻運行部分模塊（kuài）電（diàn）機驅動球磨機。
傳統電機故障（zhàng）時，會導致電機合成磁（cí）動勢發生畸變，諧波含量增加，平（píng）均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法（fǎ）繼續正常運行。而本產品（pǐn）進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立（lì）的（de）控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利（lì）用其多電機結構（gòu）和控製靈活的（de）優勢（shì），在發生故障時（shí）。可以直接拆卸故障（zhàng）電機（jī）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（de）模（mó）塊數，也（yě）可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使（shǐ）用本產品完全（quán）不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變或重載產生震動（dòng）等因素會發生轉子偏心現象，偏心（xīn）嚴重時還（hái）會造成電機掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增（zēng）大會導（dǎo）致永磁體用量（liàng）增加，提高（gāo）電機製造成本（běn）。隨動式定子結構的（de）模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間（jiān）隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機（jī）不會發生掃（sǎo）膛現（xiàn）象，同（tóng）時因（yīn）為該隨動式定（dìng）子結構在偏心時（shí）能繼（jì）續正（zhèng）常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體（tǐ）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（dòng）式球磨機裝配（pèi）示（shì）意圖
二、永磁直驅立（lì）磨（mó）技術
1、立磨（mó）直（zhí）驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調（diào）速控製，實現負載工況多樣性（xìng）
傳統立磨速度單一（yī），工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來（lái）改變係統工作環境，係統反（fǎn）應速度慢。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（shì）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（wú）法在低速實（shí）現大轉（zhuǎn）矩輸出，需要額（é）外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大（dà）的（de）衝擊，需增加（jiā）軟起動裝置（zhì）。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉（zhuǎn）矩需要（yào），整個（gè）係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控（kòng）製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無（wú）需（xū）盤車係統（tǒng）和減速器，輔助係統（tǒng）少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動（dòng），起動過（guò）程隨意設定
傳統係統先由低速盤（pán）車（chē）係統起動，待三相感應電機達到起動條件（jiàn）後，軟起動裝置起動三（sān）相感應電（diàn）機，係（xì）統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸（shū）出。在低速過程需要盤車係統，將（jiāng）轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接（jiē）運行（háng），係統控（kòng）製簡單（dān）。變頻（pín）控製起動過程可根據實際（jì）工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可（kě）過載輸出，滿足起動需要，取代盤車（chē）係統。
(4）無減速器，維護（hù）成本更低,維護次數少
係（xì）統各構成單元均需（xū）要時常（cháng）檢查和定期維護，傳統係統（tǒng）構成單元多。同時立（lì）磨減速（sù）器結構複雜需（xū）要經常維（wéi）護，維護成本費用高。同時係（xì）統無法實現在低速運行（háng）的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製（zhì）永磁同步（bù）電機直（zhí）接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維（wéi）護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行（háng）情況下進行（háng）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代傳統驅動係統（tǒng）年節電量達181萬元。（按（àn）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
本新型立磨結構采用永磁直驅電機（jī）驅動,提高了立磨效率（lǜ）。在立（lì）磨（mó）扶正軸承與壓（yā）力軸承上進行突破，通過設計一種（zhǒng）雙向載（zǎi）荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸（shū）、裝配、維修，並降（jiàng）低成本,在工程實際中具有（yǒu）很強的實用型（xíng）。
針對大、中、小型不同尺寸的（de）立磨，分別設計了三種立磨專（zhuān）用永磁（cí）電機（jī），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的作用，並且方便製造、裝（zhuāng）配維護，節省成本。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機（jī） 
