1、技術（shù）背景
傳統的球磨機、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（jié）構（gòu）進行驅動，導致球磨（mó）機的傳動係統存（cún）在機械傳動鏈冗（rǒng）長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機（jī）與控（kòng）製（zhì）技術研究所與河南91视频网機電設備有限公司聯合（hé）設計研發的球（qiú）磨機（jī）、立（lì）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（diàn）一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直（zhí）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（yǒu）節（jiē）能、起動（dòng）轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度（dù）高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化（huà）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機做成了多個小功率電機（jī）。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，但是不增加電機的輸（shū）入電流，電機不必采用高等級（jí）絕緣。模塊化電機采用多（duō）台小（xiǎo）功（gōng）率變頻器（qì）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（qì）容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨（dú）立的控製係統，大大（dà）提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工（gōng）況時，完（wán）全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動球磨機。
在結（jié）構方麵，本產品電機的定子采（cǎi）用了一種自主設計研發的（de）隨動（dòng）式結構，將整圓（yuán）的定子分成若幹個相互存（cún）在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確（què）定了一種無論（lùn）球磨機（jī）轉筒是否（fǒu）震動或偏心，定子塊（kuài）始終跟隨轉筒運動（dòng）從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本（běn）產品通（tōng）過機械結構設計保（bǎo）證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會（huì）發生掃膛（táng）現（xiàn）象，因此電機的氣（qì）隙可（kě）以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅（fú）降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資（zī）源，節能用電（diàn）量。當模塊發生故（gù）障時，直接拆卸故障電機，更換（huàn）新的模塊電（diàn）機即可正常運（yùn）行。使用本產品完（wán）全不會因電機發生故障（zhàng）而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式（shì）永磁直驅電機概（gài）述
本產品的隨動式定子結構構成一（yī）種“小車結構”，滾筒就像公路，定子（zǐ）塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛（shǐ），公路的起伏不影響車輪與地麵（miàn）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（yuán）因造成電（diàn）機（jī）偏（piān）心、氣隙（xì）不均勻時（shí），仍能正常運轉，保（bǎo）證磨（mó）機始終運行（háng）在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以（yǐ）做的更小，減少永（yǒng）磁體用量，並且因為隨動式結（jié）構，電機不會發生（shēng）掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁（cí）直驅電機，采用獨立（lì）的扇形定子塊結（jié）構，其隨動原理是在定子塊的（de）軸向兩側安裝滾輪且滾輪（lún）貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙（xì），定（dìng）子塊徑向（xiàng）外（wài）側設有與支撐框架相連的（de）彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏（piān）心時處於半壓縮狀態,如果球磨機（jī）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縮;下方定子塊在受到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（kuài）的滾輪依然貼合轉筒外（wài）表麵，使定子（zǐ）塊跟隨轉（zhuǎn）筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從（cóng）而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向下的吸引力的同（tóng）時，彈（dàn）性機構將（jiāng）上方其向下壓,下（xià）方（fāng）定（dìng）子塊（kuài）被轉筒向下壓。
本產品彈（dàn）性裝置的壓力大小（xiǎo）可調，對於不（bú）同位置的定子（zǐ）塊設置不同的（de）壓力,避免因彈性（xìng）裝置設置的壓（yā）力過大造成滾輪（lún）或轉筒磨損較快。
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（shè）計采用不同個數的隨動（dòng）式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用（yòng）同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在（zài）球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間（jiān）設有固定在支撐框（kuàng）架上的擋（dǎng）板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機（jī）滾（gǔn）筒的法蘭處銜接（jiē）T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁（cí）鋼。
本（běn）產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要（yào）沿球磨機的（de）徑向依次拆卸密封外殼、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（cǎi）用本產品代替傳統磨機的電機驅動（dòng）係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三（sān）相感應電動機、聯軸器（qì）、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動（dòng）。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的（de）效率和功率因數，損耗大大降低（dī），節（jiē）約（yuē）了能源。永磁電機通過變（biàn）頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應（yīng）電機則起動相對困難。這些也是近（jìn）年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用（yòng）永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的（de）傳動（dòng）環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的（de）傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的（de）故障率低，維護檢修方便（biàn），還避免了傳統設（shè）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（mó）塊化設（shè）計，不僅降低了加工，製造，運（yùn）輸等難度，還相當於（yú）把一個大功率電機做成（chéng）了多個小（xiǎo）功率電（diàn）機。模塊化電機的（de）控製技術可以（yǐ）實現降低大功率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電機的輸入電流，電機不必采（cǎi）用高等級絕緣，模塊化電機采（cǎi）用多台小功率（lǜ）變頻器（qì）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（háng）在輕載工況時,完（wán）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，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常（cháng）運行。而本產品進行（háng）了模塊化設計，每個模塊電（diàn）機都具有一套獨立的（de）控製（zhì）係統，大大提升了（le）電機控（kòng）製的自由度,可以利用其多電機結（jié）構和（hé）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的（de）模塊電機即可（kě）正常（cháng）運行。模塊（kuài）化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊（kuài）而控製（zhì）其（qí）餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故（gù）障而（ér）影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變或（huò）重（chóng）載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時（shí）還會造成電機掃膛（táng）損壞電機，實際生（shēng）產中常常通過增加氣隙大小來預防（fáng）掃膛，而氣（qì）隙增（zēng）大會導致永磁體用（yòng）量增加，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）子與轉子之（zhī）間的間隙恒（héng）定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛（táng）現象，同時因為（wéi）該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積（jī）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（jī）裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於（yú）傳統感應電機的優點( 1）變（biàn）頻調速控（kòng）製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應（yīng）能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來（lái）改（gǎi）變係統工作環境，係（xì）統反應速度慢。永磁同步電機采用變（biàn）頻調速，適應工況（kuàng）能力強。遇到突發事件，除調整磨（mó）輾高度外，還（hái）增加（jiā）了速度（dù）調節以快速適應係統工作環（huán）境，係統反應速度（dù）更快。
(2）係統（tǒng）簡單,可（kě）靠性高（gāo）
傳統係統（tǒng）因三相感應電機無法在低速實現大轉（zhuǎn）矩輸出，需要額外（wài）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（duì）電網造成過（guò）大的衝擊（jī），需（xū）增加軟起動裝置。三相感應電機起動後（hòu），通過減速器滿足係統轉矩（jǔ）需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製（zhì）係統控製永（yǒng）磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統（tǒng）少，結構（gòu）簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過（guò）程隨意設定
傳統係統先由低（dī）速盤車係統起動，待三相感應電機達（dá）到起動條件（jiàn）後（hòu），軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係（xì）統，將轉速（sù）提高到（dào）三相感應電機（jī）起動條件。直驅係（xì）統直接變頻低（dī）速起動（dòng），係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工（gōng）況進行調整（zhěng），以滿足各（gè）種工（gōng）況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成（chéng）本更低,維（wéi）護次數少（shǎo）
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結（jié）構複雜需（xū）要（yào）經常維護，維護成本費用（yòng）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（qì）控製永磁同步電（diàn）機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係（xì）統維護成本低。同時，係統可實現（xiàn）在電機低速運行情況下進行係統（tǒng）維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采（cǎi）用直驅永磁電機取代傳統驅動係（xì）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（jī）直驅係統（tǒng）相同（tóng），這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新（xīn）型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立（lì）磨扶正（zhèng）軸承與壓力（lì）軸承上進行突破，通（tōng）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（zhuāng）配、維修，並降（jiàng）低成本,在工程實際中（zhōng）具有很強的實用（yòng）型。
針對大、中、小型不同（tóng）尺寸的立磨，分別設計了三（sān）種立磨專用（yòng）永磁電機，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（bú）同的放置位置（zhì），均能達到（dào）扶正與承壓的作用，並且方便（biàn）製造、裝配（pèi）維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅（qū）礦用球磨機 
