1、技術背景（jǐng）
傳統的球磨（mó）機、立磨機大都采用三相異步電動（dòng）機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動（dòng）係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複（fù）雜、運（yùn）行（háng）維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南91视频网（xīn）機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用（yòng）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（lì）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（chuán）統磨機的減速機（jī），顯著提高了電機（jī）的效率與功率（lǜ）因數，具有節（jiē）能、起動（dòng）轉矩大、過（guò）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化設（shè）計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）當於把（bǎ）一個大功率電（diàn）機做成了多個小功（gōng）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（jī）的輸入電壓，但是不增加電機的輸（shū）入電（diàn）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，這樣設計降低了電機的供電電壓（yā）和使用的變頻器（qì）容量，從而降（jiàng）低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕（qīng）載工況時，完全可以（yǐ）隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構（gòu）方麵，本產品電機的定子（zǐ）采用了一種自主設計研發的（de）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（xíng）塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨（mó）機轉筒是否（fǒu）震動或偏心，定子塊始終（zhōng）跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定（dìng）的結構（gòu）。本產品通過機（jī）械結（jié）構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發（fā）生掃（sǎo）膛現象（xiàng），因此電機的氣隙可以設計的比（bǐ）普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅（fú）降低電（diàn）機永磁體用（yòng）量，降低生（shēng）產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故（gù）障時，直接拆卸故（gù）障電機（jī），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發生故障而影響到生產工期。
2、球磨（mó）機專用隨動式永磁直驅電機概（gài）述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車（chē）結構”，滾筒（tǒng）就像公路，定子塊就（jiù）像汽車。滾（gǔn）輪貼合（hé）滾筒旋轉相當於汽（qì）車在公路行（háng）駛，公路的起（qǐ）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（hé）滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球（qiú）磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重（chóng）載震動等（děng）原因造成電機（jī）偏心、氣隙不均（jun1）勻（yún）時，仍能正常運轉，保證磨機始（shǐ）終運行在性能狀態，不必（bì）停機檢修。同時電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（gòu），電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的（de）定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動（dòng）原理是在定子塊的軸向兩（liǎng）側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確（què）定（dìng）定子（zǐ）與轉子（zǐ）間的間隙（xì），定子塊徑向外側設有與支（zhī）撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機（jī）滾筒不偏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（dǐng）定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子（zǐ）塊向上移動，上方彈性（xìng）機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸（xī）引力的同時，定子塊上的彈（dàn）性機構將其向（xiàng）上頂，保證下方定子（zǐ）塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定（dìng）子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向（xiàng）的移動，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向下波動，則上（shàng）方（fāng）定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機（jī）構將上方其向下（xià）壓,下方定（dìng）子塊被轉筒（tǒng）向（xiàng）下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置（zhì）設置的（de）壓（yā）力過大造成滾（gǔn）輪或轉筒磨損較快。
本（běn）產（chǎn）品將永磁電機采用模塊化控製（zhì），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（gòu）成一台模塊電機，一台整圓電機（jī）由多台模塊電機（jī）構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電（diàn）機包繞式（shì）安裝在球磨機滾筒上。相鄰（lín）隨動式定子塊間設有固定在支撐（chēng）框（kuàng）架上的擋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（xián）接（jiē）T型支撐板（bǎn）,用於支撐安裝電機轉子（zǐ）鐵（tiě）心及磁鋼。
本產品的（de）隨動式（shì）定子塊安裝（zhuāng）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、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支（zhī）撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電（diàn）機驅動係統的優（yōu）點
現階段大多數的球磨（mó）機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結（jié）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（jiào）高的效率和功率因數，損耗大大降（jiàng）低，節約（yuē）了能源。永磁電機（jī）通（tōng）過（guò）變頻器進（jìn）行調速，電機運行平穩（wěn），係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛（fàn）的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的（de）傳動鏈，直（zhí）驅係（xì）統的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，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成（chéng）環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難（nán）度，還相當於把一個大（dà）功率電機做成了多個（gè）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（de）輸入電壓，但是不增加電機的輸（shū）入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣，模塊化電機（jī）采用多台小功（gōng）率變頻器聯合供（gòng）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（dī）成本。球磨機運（yùn）行在輕載工況時,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（zhàng）時，會導致電（diàn）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（dòng）顯著增加，無法繼續正常運行。而（ér）本產品進行了模塊化設計，每個（gè）模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製（zhì）係統，大大提升了電機控製的自由（yóu）度（dù）,可以利用其多電機結構和控（kòng）製（zhì）靈活的（de）優勢，在發生故障時。可以直接（jiē）拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，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影（yǐng）響（xiǎng）到生產工期。
球磨機因（yīn）加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造（zào）成（chéng）電機掃膛損壞電（diàn）機，實際生產中（zhōng）常常通過（guò）增加氣隙大小來預防（fáng）掃膛，而（ér）氣（qì）隙增大（dà）會導致永磁體用量增加（jiā），提高電（diàn）機製造成本。隨動式（shì）定子結構的模塊電機，能（néng）在轉（zhuǎn）筒偏心時保證定子與轉子之間的間（jiān）隙恒定，可將氣隙做（zuò）的（de）更小，減少永磁體（tǐ）用量，電機不會發生掃膛現象，同（tóng）時因為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，大體積球磨機（jī）檢修複雜，降（jiàng）低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁（cí）直（zhí）驅立磨技術
1、立磨直（zhí）驅對比於（yú）傳統感應電機的優（yōu）點( 1）變頻調速（sù）控製，實現負載（zǎi）工況多樣性
傳（chuán）統立磨速（sù）度（dù）單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨（mó）鞮高度來改變係統工作環境（jìng），係統（tǒng）反應速度慢。永磁（cí）同步電（diàn）機采用變頻調速，適應工況（kuàng）能力強。遇到突（tū）發事（shì）件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更快（kuài）。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機（jī）無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨（mó）的低速起（qǐ）動。為保（bǎo）證在電機起動過程不對電網造成（chéng）過大（dà）的衝（chōng）擊，需增加軟起動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動（dòng）後，通過減（jiǎn）速（sù）器滿足係統轉矩需（xū）要，整個係（xì）統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需（xū）要，無需盤車係統和減速器，輔助係（xì）統少，結構簡單。
(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，待三相感應電機達（dá）到（dào）起動條件後（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（fǎ）實現過載輸（shū）出。在低速（sù）過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感（gǎn）應電機起（qǐ）動條件。直驅係統直接變頻低速起（qǐ）動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實（shí）際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係（xì）統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維（wéi）護，傳統係統構成單元多。同時立磨減（jiǎn）速（sù）器結構複雜（zá）需要經常維護，維護成本費（fèi）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。直驅係統構成單元簡單，變頻器控（kòng）製永磁（cí）同步電機（jī）直接驅動，控製方（fāng）便。係統內無減速（sù）器，無需額外進行維護，係統（tǒng）維護（hù）成（chéng）本低。同時，係統可實現在電機低（dī）速運行情況下進行係統（tǒng）維（wéi）護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上（shàng）采用（yòng）直驅永磁電機（jī）取代傳統驅動（dòng）係統年（nián）節（jiē）電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機（jī）直驅（qū）係統的（de）優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁（cí）直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了（le）立磨（mó）效率。在立磨扶正（zhèng）軸承與壓力軸（zhóu）承上進行突破（pò），通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑（jìng）軸承，方便加工、生產、運輸、裝（zhuāng）配、維修，並降低成本,在工程實際中（zhōng）具有（yǒu）很強的實用型。
針對（duì）大、中、小型不同尺寸的（de）立磨，分別設（shè）計了三種立（lì）磨專用永磁電機，代替傳統（tǒng）的減速機與三相異步電（diàn）動機，永磁（cí）直驅電機具有雙向載荷（hé）機構（gòu）與不同的放置（zhì）位置，均能達到扶正與承壓的作（zuò）用，並且方便製造、裝配維護，節（jiē）省成本。均已申請（qǐng）專 利。
永磁直（zhí）驅礦（kuàng）用球磨機（jī） 
