1、技術背景
傳統的球（qiú）磨機、立磨機大都采用三（sān）相異（yì）步電動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以（yǐ）及齒輪結構進行驅動，導致球磨（mó）機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構（gòu）複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研（yán）究（jiū）所與河南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（cí）直驅電機,通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（de）需求，省去傳統磨機的減（jiǎn）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（jǔ）大、過載能力強、係統免維護、自動化程度（dù）高等（děng）優點。
在控製方（fāng）麵（miàn）,本產品（pǐn）電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功率電（diàn）機做成了多（duō）個小功（gōng）率電（diàn）機。模塊化電機的控製技術可以實現降低（dī）大功率（lǜ）電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入（rù）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（zhè）樣設計降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成本。每（měi）個模塊電機都具有一套獨立的控製（zhì）係統，大大提升了電（diàn）機控（kòng）製的自由度，球磨機（jī）運（yùn）行在輕載工況時，完（wán）全可以（yǐ）隻運行（háng）部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵（miàn），本產品電（diàn）機的（de）定子采（cǎi）用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互（hù）存在間隙的小扇形塊，通（tōng）過機械（xiè）結構設計，確（què）定了（le）一（yī）種無論球磨機轉筒是否震動或（huò）偏（piān）心，定子塊始終跟隨轉（zhuǎn）筒（tǒng）運動從而保（bǎo）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子與轉子（zǐ）間的（de）間隙恒定（dìng），電機不會發生掃膛現象，因此電機（jī）的氣（qì）隙可以設計的比（bǐ）普通永磁直驅電機的（de）小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源（yuán），節能（néng）用電量。當模塊發（fā）生故障時，直接拆卸故障電（diàn）機，更換新的模塊（kuài）電機即可正常運行。使用本產（chǎn）品完全不會因電機發生故（gù）障而影響到生產工期。
2、球磨機專（zhuān）用隨（suí）動式永磁（cí）直驅電機概述
本產品的隨動式（shì）定子結構構（gòu）成（chéng）一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽（qì）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（piān）心浮動不影響滾（gǔn）輪貼合滾筒，保證定子、轉（zhuǎn）子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變、重（chóng）載震動等原因造成電機（jī）偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉（zhuǎn），保證磨機始（shǐ）終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉（zhuǎn）子間的間隙也（yě）可以做的更（gèng）小，減少永磁體用量，並且因為隨（suí）動式結構，電機不會發生掃膛現（xiàn）象。
本產（chǎn）品電機的定子為隨動式結（jié）構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構（gòu），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（dìng）子塊徑向外側設有與支撐框架相（xiàng）連（lián）的彈性機構。彈性機構在（zài）球磨機滾筒不偏心時（shí）處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安（ān）裝的滾（gǔn）輪，進而帶動定子塊向（xiàng）上移（yí）動，上方彈性機構（gòu）繼續壓縮;下（xià）方定子塊在受到（dào）永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈（dàn）性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依（yī）然貼合（hé）轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而（ér）進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之（zhī）間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動（dòng），則上方定子塊（kuài）在受（shòu）到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其（qí）向下壓（yā）,下方定子塊被轉筒向下壓（yā）。
本產品彈性（xìng）裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定（dìng）子塊設置不（bú）同的（de）壓（yā）力,避免因（yīn）彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨（mó）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（dìng）子（zǐ）塊構成一台模塊電機，一台整圓電（diàn）機由多台模（mó）塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，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（wèi）。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。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼（ké）、彈性機構、彈性機構與定子塊（kuài）之間的（de）連接杆（gǎn）、彈性機構支撐架，即可（kě）將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新（xīn）的定子塊。
3、采（cǎi）用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大（dà）多數的（de）球磨機仍采用三相感（gǎn）應電動機、聯軸器、減速（sù）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（shì）它有（yǒu）較高的效率（lǜ）和功率因數，損耗大大降低（dī），節約了能源。永磁（cí）電機通過變頻器進行調速，電（diàn）機運行平（píng）穩，係統（tǒng）響應（yīng）速度快，感應（yīng）電機則起動相對困難。這些（xiē）也是近年來永（yǒng）磁電機應用越來越（yuè）廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中（zhōng）間的減速機、聯軸（zhóu）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%。球磨機直驅係統的（de）傳動效率不僅得到大幅提升，而且直（zhí）驅係統（tǒng）的故（gù）障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成（chéng）環境汙染。
由於本產品電機（jī）定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個大功率電（diàn）機做成了多（duō）個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓（yā），但是不增加電機（jī）的輸入電流，電（diàn）機不必采用高（gāo）等級絕緣，模塊（kuài）化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電。這樣設計降（jiàng）低了電（diàn）機的供電電壓和使用的（de）變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況（kuàng）時,完全（quán）可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳（chuán）統電機故障（zhàng）時（shí），會導（dǎo）致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加（jiā），無法繼續正常運（yùn）行。而本產品進行了（le）模塊化設計，每個模塊（kuài）電機都具有一（yī）套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由（yóu）度,可以利用其多電機結構和（hé）控製靈活的優勢，在發（fā）生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的（de）模塊（kuài）電機即可正常運行（háng）。模塊化電機（jī）具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正（zhèng）常子模塊降額運（yùn）行。使用本產品完全不會因電機發生故障而（ér）影響到生產工期（qī）。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重（chóng）載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏（piān）心嚴重時還會（huì）造成電機掃膛損壞電（diàn）機，實際生產中常常通（tōng）過增加氣隙大（dà）小來預（yù）防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高（gāo）電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能（néng）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，電機不會發生掃（sǎo）膛（táng）現象，同時因為該隨動式（shì）定子結構在偏心時能繼續正常工（gōng）作，檢修次數（shù）更少，工作時間更長，大（dà）體積球（qiú）磨機檢修複雜（zá），降（jiàng）低檢修次數就是提高生（shēng）產效率。
4、隨動式球磨機裝配（pèi）示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對（duì）比於傳統感應電（diàn）機的優點( 1）變頻調（diào）速（sù）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（diào）整磨鞮高度來改（gǎi）變係統（tǒng）工作環境，係統反（fǎn）應速度慢。永磁同步電機采用變頻（pín）調速，適應工況能力強（qiáng）。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了（le）速度調節以快速適應係（xì）統工作環境，係統反應速度更（gèng）快。
(2）係統（tǒng）簡單,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，需要額外的盤車（chē）係統滿足（zú）立磨的低速起（qǐ）動（dòng）。為保證在電機起動過程不（bú）對電網造成過大的（de）衝擊，需（xū）增加軟起動裝置。三相感應電機（jī）起動後，通過減速器滿足係（xì）統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備（bèi）很多（duō）。直（zhí）驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起（qǐ）動，轉矩特性滿足需要，無需盤（pán）車係統和減速（sù）器，輔助（zhù）係（xì）統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程（chéng）隨意設定
傳統係統先由低速盤車（chē）係統起（qǐ）動，待三相感應電機（jī）達到起動條件（jiàn）後，軟起動裝置起動三（sān）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（shū）出（chū）。在低（dī）速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應（yīng）電（diàn）機起（qǐ）動條件。直驅係統直接變（biàn）頻低速起動，係（xì）統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整（zhěng），以滿足各種工況的需求。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，維護成本更低,維（wéi）護次數（shù）少
係統各構成單元均需要時常（cháng）檢查和定期維護（hù），傳統係（xì）統（tǒng）構成單元多。同時立磨減速器結（jié）構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步（bù）電機直（zhí）接（jiē）驅動，控製方便。係統內無減速器（qì），無需額外進（jìn）行維護（hù），係統維護成本低。同時，係（xì）統可實現在電機低速運行情況下（xià）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）代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立（lì）式鯤磨（mó）機直驅係（xì）統的優勢與球（qiú）磨機直驅係統相（xiàng）同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅（qū）立磨結構示意圖
本（běn）新型立磨結構采用永（yǒng）磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承（chéng）與壓力軸承上進行（háng）突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代（dài）大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本（běn）,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用（yòng）永磁電機，代替傳統的減速（sù）機與（yǔ）三相異步（bù）電動機，永磁直驅電機具（jù）有雙向載荷機構與不同的放置（zhì）位置，均能達到扶正與承壓的作（zuò）用，並（bìng）且方便製造（zào）、裝配維護，節省（shěng）成本。均已申請（qǐng）專 利（lì）。
永磁直驅礦用球磨機 
