1、技術背景（jǐng）
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（chǐ）輪結構（gòu）進行（háng）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（gōng）作量大等問題。
沈陽工業大學電機與控（kòng）製技術研究所與河南91视频网機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一（yī）體化（huà）設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案（àn），能直接滿足荷載的需求，省（shěng）去傳統磨機的減速機（jī），顯著提高了電機的效率（lǜ）與功（gōng）率因數，具有節能（néng）、起動轉矩大、過載能（néng）力強（qiáng）、係統免維護、自（zì）動化程度高等優點。
在控製（zhì）方麵,本產（chǎn）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（hái）相當（dāng）於把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（yǐ）實現降低大功率（lǜ）電機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電（diàn）機不必采用高等級（jí）絕緣。模塊（kuài）化電機采用多台（tái）小功率變頻（pín）器聯合供電，這樣設計（jì）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（běn）。每個（gè）模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係統，大大提（tí）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（bù）分模塊電機（jī）驅動球磨機。
在結構（gòu）方麵，本產品（pǐn）電機的定子采用了一種自主設計研發（fā）的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了（le）一種無論球磨（mó）機轉筒是否震動或偏心，定子塊始（shǐ）終跟隨轉（zhuǎn）筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設（shè）計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣（qì）隙可（kě）以（yǐ）設計的比（bǐ）普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅（fú）降低電機永磁體（tǐ）用量，降（jiàng）低生產成本，節約稀土資源，節能用電（diàn）量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電（diàn）機，更換新的模塊電機即可正常（cháng）運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到（dào）生產工期。
2、球（qiú）磨（mó）機專用隨動式永磁（cí）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（zǐ）塊就（jiù）像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車（chē）在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾（gǔn）筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子（zǐ）、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心（xīn）、氣隙不均勻時，仍能（néng）正常運轉，保證磨機（jī）始終運行（háng）在（zài）性能狀態，不必停機（jī）檢修。同時電（diàn）機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象（xiàng）。
本產（chǎn）品電機的定子為隨動式結構,基於模塊（kuài）化永磁直驅電機，采（cǎi）用獨立的扇形定（dìng）子塊結構，其隨動原理是在定（dìng）子塊的軸向兩側安裝滾輪（lún）且滾（gǔn）輪貼合滾筒來確定定子與轉子間（jiān）的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在（zài）球磨機滾筒不偏（piān）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滾輪，進（jìn）而帶動定（dìng）子塊向上移動，上方彈性（xìng）機構繼續壓（yā）縮;下方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其向上的吸引力的（de）同時，定（dìng）子塊（kuài）上的彈性機構（gòu）將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外（wài）表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動（dòng），從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續（xù）向下波動，則上方定子塊在受（shòu）到永磁（cí）體對其向下（xià）的吸引（yǐn）力的同時，彈（dàn）性機構將（jiāng）上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓（yā）。
本產品彈性裝置的壓力大（dà）小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的（de）壓力,避免因彈性裝置（zhì）設置的（de）壓力過（guò）大造成滾（gǔn）輪或轉筒磨損較（jiào）快。
本產品將永磁電機（jī）采用模塊化控製，根據（jù）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（yī）台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊（kuài）電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝（zhuāng）在球（qiú）磨機滾筒上。相（xiàng）鄰隨動式定子（zǐ）塊間設有（yǒu）固定在支撐框架上的擋（dǎng）板來對定子塊進行圓周方向的限位。球（qiú）磨機滾筒的法蘭處銜接（jiē）T型支撐板,用於支撐安裝電機轉（zhuǎn）子鐵心及磁（cí）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、彈性機構（gòu）、彈性機構與定子塊之間的連（lián）接杆、彈性機構支撐架（jià），即可將定子塊沿徑向拉出，進行（háng）檢修或更換新（xīn）的定子塊。
3、采用本產品（pǐn）代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多（duō）數（shù）的球磨機仍采用三相感應電（diàn）動機、聯軸器（qì）、減（jiǎn）速裝（zhuāng）置以及（jí）齒輪結（jié）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功率因數，損（sǔn）耗大大降低，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（xiǎng）應速度快，感（gǎn）應電（diàn）機則起動（dòng）相對困難。這些也是近年（nián）來永磁電機應用越來越廣（guǎng）泛的原因（yīn）。
采用永磁直驅，取消（xiāo）了中間的減速機、聯軸器、及（jí）齒輪的傳動環節，縮短係（xì）統的傳動鏈，直驅係統的傳動效（xiào）率將提升至少20%。球磨機直驅係統的（de）傳動效率不僅得到大幅提升，而（ér）且直（zhí）驅係統的故障率低，維護（hù）檢修方便，還（hái）避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采（cǎi）用了模（mó）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機做成了多個小（xiǎo）功率（lǜ）電（diàn）機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電（diàn）機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機（jī）不必采用高等級絕緣（yuán），模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計（jì）降（jiàng）低了電機的供（gòng）電電壓和使（shǐ）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（hán）量增加，平均轉矩下降，轉矩波動（dòng）顯著（zhe）增加，無法繼續（xù）正常運行。而本（běn）產品進行了模塊化設計（jì），每個模塊電機都具有一套獨立（lì）的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,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（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機（jī）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（cháng）子模塊降額（é）運行。使用本產品（pǐn）完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機（jī）因加工誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變或重載產生震動等因素會發生（shēng）轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃（sǎo）膛損壞電機，實際生產中常常通過增（zēng）加氣隙（xì）大小來預防掃膛，而氣（qì）隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機（jī）製造成本（běn）。隨動式定子結構的模塊電機（jī），能在轉筒偏心時保證定子與轉子之（zhī）間的（de）間（jiān）隙恒定，可將氣（qì）隙做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因（yīn）為該隨動式定子結構在偏心時能（néng）繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更（gèng）長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修（xiū）次（cì）數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意（yì）圖
二、永磁直驅立（lì）磨（mó）技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製（zhì），實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單（dān）一，工況適應（yīng）能力差（chà）。遇到突發事（shì）件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適（shì）應工況能力強。遇到突發事件，除調整（zhěng）磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統（tǒng）工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係（xì）統（tǒng）因三相感應電機無法在低速實現（xiàn）大轉（zhuǎn）矩輸（shū）出，需要額外的盤車係統滿足立（lì）磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成（chéng）過大的衝（chōng）擊，需增（zēng）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（tǒng）轉矩需要，整個係（xì）統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻（pín）控製係統控製永磁同步電機起動，轉（zhuǎn）矩特性（xìng）滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡（jiǎn）單。
(3）變頻器軟起動（dòng），起動過程隨意設定
傳統係統（tǒng）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（zhuāng）置起（qǐ）動三相感應電機，係統運行。係統（tǒng）控製複雜，低速（sù）無法實現過載輸出。在低（dī）速（sù）過（guò）程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條（tiáo）件。直（zhí）驅係（xì）統直（zhí）接變頻低速起（qǐ）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（gè）種工況的需求。低速（sù）可過載輸出，滿足起動需要，取（qǔ）代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護（hù）次數少
係統各構成單元均需要時常檢查（chá）和定期維護，傳（chuán）統係統構成單元多。同時立（lì）磨減速器結構（gòu）複（fù）雜需要（yào）經常（cháng）維護，維（wéi）護成本（běn）費用高。同時（shí）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（tǒng）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（qì），無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可（kě）實現在電機低速運（yùn）行（háng）情況下進行係統維護（hù）。
(5）傳動效率高,節（jiē）能效（xiào）果明顯
綜（zōng）上采（cǎi）用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電（diàn）量達181萬元。（按照（zhào）5000h,0.6元（yuán）/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（cí）直驅電機驅動,提高（gāo）了立磨效（xiào）率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，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（biàn）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）的實用型。
針對大、中、小型不同（tóng）尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替（tì）傳統的（de）減速機與三相異（yì）步（bù）電（diàn）動機，永（yǒng）磁（cí）直驅電機具有雙向載荷（hé）機（jī）構與不同的（de）放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均（jun1）已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
