1、技術背景
傳統的球（qiú）磨機（jī）、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）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（dà）等問（wèn）題（tí）。
沈陽工業大學（xué）電機與控製技術研究所與河南（nán）91视频网機電（diàn）設（shè）備有限公司聯合設計研發的（de）球（qiú）磨機、立磨機采（cǎi）用永磁直驅（qū）電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體（tǐ）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（xū）求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了（le）電機的（de）效率與功（gōng）率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強（qiáng）、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塊（kuài）化設計，不僅降低了加（jiā）工、製造、運輸（shū）等難度，還相當於（yú）把（bǎ）一個大功率電機做成（chéng）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（shū）入電壓（yā），但是不增加（jiā）電（diàn）機的輸入電流（liú），電機不必采用（yòng）高等級絕緣。模塊化電機采用多台（tái）小（xiǎo）功率變頻器聯（lián）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。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係（xì）統，大大提升了電機（jī）控製的自由度，球（qiú）磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行（háng）部分模塊（kuài）電機驅動球磨機（jī）。
在結構方麵，本產品電機的（de）定子采用了一種自主設（shè）計研發的隨動式結構，將（jiāng）整圓的定子分成若幹個相互存在間（jiān）隙的小扇（shàn）形（xíng）塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機（jī）轉筒是否震（zhèn）動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持（chí）定（dìng）子與（yǔ）轉子間隙恒（héng）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隙恒定，電機不會發生（shēng）掃（sǎo）膛（táng）現象，因此電（diàn）機的氣隙可以設（shè）計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土（tǔ）資源，節能用電量。當模塊發生故障（zhàng）時，直接拆卸故（gù）障電機，更換新（xīn）的模塊電機（jī）即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動（dòng）式永磁直驅電機概述
本產（chǎn）品的隨動式定子結構構成一種“小（xiǎo）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（xiàng）當於汽車在公路行駛，公路的起（qǐ）伏不影響車（chē）輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉（zhuǎn）子間隙恒（héng）定，在球磨機因（yīn）裝配誤（wù）差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形（xíng）變（biàn）、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不（bú）均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運（yùn）行在性能狀態（tài），不必停（tíng）機檢修（xiū）。同時電機定子與轉子間的（de）間隙也可以做的更小，減（jiǎn）少永磁體（tǐ）用（yòng）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（jī）的定子為隨動式結構,基於模（mó）塊（kuài）化永磁直驅電機（jī），采用獨立（lì）的扇形定子塊結構，其隨動原理是（shì）在定子塊的軸向兩側安（ān）裝滾輪且滾輪（lún）貼合（hé）滾筒來確定定（dìng）子（zǐ）與轉子（zǐ）間的間隙，定子塊（kuài）徑（jìng）向外側設有與支撐框架相連（lián）的彈性機構。彈性機構在球（qiú）磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態（tài）,如果（guǒ）球磨機滾筒向上（shàng）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（qí）向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒（tǒng）外（wài）表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向（xiàng）與圓周方向的移（yí）動，從而保（bǎo）證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾（gǔn）筒向下（xià）複位或繼（jì）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，彈性機構將上方其向下壓,下方（fāng）定子塊被轉筒向下（xià）壓。
本產品彈性裝置的壓（yā）力大（dà）小可調，對於不同位置的定（dìng）子塊設置不同的壓力,避免因彈性（xìng）裝置設置的壓力過（guò）大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率（lǜ）的電（diàn）機設（shè）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（zhěng）圓電機由多台模塊電機（jī）構成,多台模塊電機（jī）共（gòng）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（bǎn）來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用（yòng）於支撐安（ān）裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品（pǐn）的隨動式定子塊（kuài）安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機（jī）的徑向依次拆卸密封外（wài）殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆（gǎn）、彈性機（jī）構（gòu）支撐架，即（jí）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（běn）產品代替傳統磨機的電機（jī）驅動係統的優點
現階段（duàn）大多數的球磨機仍采（cǎi）用三相感（gǎn）應電動機、聯軸器、減（jiǎn）速（sù）裝置以及齒輪結（jié）構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比（bǐ）優勢是它有較高的效（xiào）率和功（gōng）率因數，損耗大大降（jiàng）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，係統響應（yīng）速度（dù）快（kuài），感應電機則起動相對困難。這（zhè）些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁（cí）直驅，取消（xiāo）了中間的減速機、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20%。球（qiú）磨機直驅係統的（de）傳動效率不僅得到大幅提（tí）升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於（yú）本產品電機定子（zǐ）采用了模塊化設（shè）計，不僅降低了加（jiā）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。模塊化電機（jī）的（de）控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電（diàn）壓（yā），但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高（gāo）等級（jí）絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯（lián）合供電（diàn）。這（zhè）樣設計降低了電（diàn）機的供電電壓和使用的（de）變頻器容量，從而降低成本（běn）。球磨（mó）機運行在輕載工況時（shí）,完全（quán）可以隻運（yùn）行部分模（mó）塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，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，無法（fǎ）繼續正常運（yùn）行。而本產品（pǐn）進行了模塊化設計，每個模塊（kuài）電機都具有一套獨立的（de）控製係統，大大提升了電機（jī）控製的自由度（dù）,可以利用（yòng）其多電機結構和控製靈活的優勢，在（zài）發生故障時。可以（yǐ）直接拆卸（xiè）故障電機更換新的模塊（kuài）電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而（ér）控製其餘（yú）正（zhèng）常子模塊降（jiàng）額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影（yǐng）響到生產工期。
球磨機因加工誤差（chà）、軸承磨損（sǔn）、滾（gǔn）筒形變或重載產生震（zhèn）動等因素（sù）會發生轉子偏（piān）心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常（cháng）常（cháng）通過增（zēng）加氣隙（xì）大小來預防掃膛（táng），而氣隙增大會導致永（yǒng）磁體用量（liàng）增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機（jī），能在轉筒偏心時保證（zhèng）定子（zǐ）與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象（xiàng），同時因為該隨動式定子結構在偏心（xīn）時能繼續正常工作，檢修（xiū）次數更少，工（gōng）作（zuò）時間更長，大體積球磨（mó）機檢修複雜，降低檢修次數就（jiù）是提高生產效（xiào）率。
4、隨動式（shì）球（qiú）磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對（duì）比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速（sù）控製，實現負載工（gōng）況多樣（yàng）性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整（zhěng）磨鞮高度（dù）來改變係（xì）統工作環（huán）境，係統反應速（sù）度慢。永磁同步電機采（cǎi）用變頻調速，適（shì）應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高（gāo）度外，還增加了速度調節以（yǐ）快速適（shì）應係統工作環境，係統（tǒng）反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統（tǒng）因三相感應電機無法在（zài）低速實現大轉矩輸出，需（xū）要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保（bǎo）證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器（qì）滿足係統轉矩需要，整個（gè）係統構成複雜，係統運（yùn）行的（de）輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控（kòng）製永（yǒng）磁同步電（diàn）機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統（tǒng）和減速器，輔助係統少，結構簡（jiǎn）單（dān）。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
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（fù）雜（zá），低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高（gāo）到三相感（gǎn）應電機起動條件。直驅係統（tǒng）直接變頻低速起動，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，以滿足各種工況的（de）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（hù）成（chéng）本更低,維護（hù）次數少
係統各構成（chéng）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（zài）低速運行的情況下進行係統維護（hù）。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（kòng）製方便。係（xì）統內無減速器，無需額（é）外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現（xiàn）在電（diàn）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動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式（shì）鯤磨（mó）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、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結（jié）構采用永磁直驅電機驅（qū）動,提（tí）高了立磨效率。在立磨扶（fú）正軸承與壓力軸承上進行突破，通過（guò）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（yùn）輸、裝配（pèi）、維修，並降低成本,在工程（chéng）實際中具有很強的實用型。
針對大（dà）、中、小（xiǎo）型不同尺寸的立（lì）磨，分別（bié）設計了三種立磨專用永磁電機，代替（tì）傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙（shuāng）向載荷機構與不同的（de）放置位置，均能達到扶（fú）正（zhèng）與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本（běn）。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
