1、技術背景
傳統的球磨機（jī）、立磨機（jī）大都采用三相異（yì）步電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械（xiè）傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與控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（lì）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體化（huà）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求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高（gāo）了電機的（de）效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、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（yòng）了（le）模塊化設計，不僅降低了（le）加工、製造、運輸等難度（dù），還相當於把（bǎ）一個大功率電機做成了多個小功（gōng）率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率（lǜ）電機的輸入電壓，但是不（bú）增加電機的輸入電流，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（pín）器聯合供電，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。每個模（mó）塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了（le）電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機（jī）。
在結構方麵，本（běn）產品電機的定子采用（yòng）了一種（zhǒng）自主設計研發的隨動式結構，將整（zhěng）圓的（de）定子分成若幹個相互存在間隙的小扇（shàn）形塊，通過（guò）機械（xiè）結構設計，確（què）定了（le）一種無論球磨機轉（zhuǎn）筒是否震動或偏心，定子塊始終（zhōng）跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子（zǐ）間隙恒定的結構。本產品通過機械結（jié）構設計保證定子與轉子間的間隙（xì）恒定，電機不會發（fā）生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電（diàn）機（jī）的小很多，從而大幅降低電（diàn）機永磁（cí）體（tǐ）用量，降（jiàng）低生產成本（běn），節約稀土資源，節能用電量。當模塊發（fā）生故障（zhàng）時，直接拆卸故障電機，更（gèng）換新的模塊（kuài）電機即可正常運行。使（shǐ）用本產品完全不會因電機發生故障而影（yǐng）響到生產工期。
2、球磨機專（zhuān）用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結（jié）構構成一種“小（xiǎo）車結構”，滾筒就像公路（lù），定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行（háng）駛，公路的起伏不影響（xiǎng）車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間（jiān）隙恒定，在球（qiú）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偏心、氣隙不均（jun1）勻時，仍能正常運（yùn）轉，保證磨（mó）機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做（zuò）的更小，減少永磁體用量，並且（qiě）因為隨動式結（jié）構（gòu），電機不會發生掃膛（táng）現（xiàn）象。
本產品電機的定子為隨動式（shì）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，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安（ān）裝（zhuāng）滾輪且滾（gǔn）輪貼合（hé）滾筒來確定定子（zǐ）與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒（tǒng）不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上（shàng）波動，轉筒會向上頂定子（zǐ）塊上安裝的滾輪（lún），進而帶動定子塊向上移（yí）動，上方彈性機構（gòu）繼（jì）續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對（duì）其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性（xìng）機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然（rán）貼合轉筒外表麵，使定子塊（kuài）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（dìng）子、轉子之間的間隙不（bú）變。球磨機滾筒向（xiàng）下複位或繼續向下波動，則上方定子（zǐ）塊在（zài）受到永磁體對其向下（xià）的吸引力的（de）同時，彈性機構將上方其向下壓,下方（fāng）定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小（xiǎo）可調，對於不同位置（zhì）的定子（zǐ）塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置（zhì）的壓力過大造成滾輪或（huò）轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊（kuài）化（huà）控製，根據（jù）不（bú）同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊（kuài）電機，一（yī）台整圓電機由多（duō）台模塊電機構成,多台模（mó）塊電機（jī）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（dòng）式（shì）定子塊間設有固定在支撐（chēng）框架上的擋板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、彈性機構、彈（dàn）性機構與定（dìng）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（lā）出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨（mó）機的電機驅動係統的優點（diǎn）
現階段大（dà）多數的球磨機仍采用三相感應電動（dòng）機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結構進（jìn）行驅動。永磁同步電機與感應電機相（xiàng）比優勢（shì）是它有較高的效率和功率（lǜ）因數，損耗大大降（jiàng）低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進（jìn）行（háng）調（diào）速，電機運行平穩，係統響應速度（dù）快，感應電機則起動相對困難。這（zhè）些也是近（jìn）年（nián）來永磁電機應用（yòng）越來越廣泛的原因。
采用（yòng）永（yǒng）磁直驅，取消了（le）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（tǒng）的傳動（dòng）效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率（lǜ）不（bú）僅得到大幅提升，而且直驅係統（tǒng）的故障率低，維護檢修方便，還避（bì）免了（le）傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不僅降低（dī）了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一（yī）個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可（kě）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，電機不必采用高（gāo）等級絕緣，模塊化電機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供電電（diàn）壓和使用的變頻器容（róng）量，從而（ér）降（jiàng）低成（chéng）本。球磨機運（yùn）行在輕（qīng）載工況時,完全可以隻運行（háng）部分模（mó）塊電機驅動球磨機（jī）。
傳統電機故障時，會導致電機合（hé）成磁動勢發生畸（jī）變，諧波含量增加（jiā），平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無（wú）法（fǎ）繼續正常運（yùn）行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊（kuài）電機（jī）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,可以利用其多電機結構和控製靈活的優（yōu）勢，在發（fā）生故障時。可以（yǐ）直接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（jī）具（jù）有冗（rǒng）餘的模塊數，也可切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（bú）會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差（chà）、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變或重載產生震動等（děng）因素會（huì）發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防（fáng）掃膛，而氣（qì）隙增大會導致永磁體用量增加，提高電（diàn）機製造成本。隨動式定子結構的（de）模塊（kuài）電機，能在（zài）轉（zhuǎn）筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小（xiǎo），減少永（yǒng）磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏（piān）心時能繼續（xù）正常工作，檢（jiǎn）修次數更少，工作時間更長，大體（tǐ）積球磨（mó）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（shì）意圖
二、永磁直驅立磨技（jì）術
1、立（lì）磨直驅對比（bǐ）於傳統感應電機的（de）優點( 1）變頻調速（sù）控（kòng）製，實現（xiàn）負載工（gōng）況多樣性
傳統立磨（mó）速（sù）度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調（diào）整（zhěng）磨（mó）鞮高度來（lái）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（yù）到突發事件，除調整（zhěng）磨輾高度外，還增加了（le）速度調節以快速（sù）適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統（tǒng）係統因三（sān）相感應電機無（wú）法在低速實現大轉矩輸出（chū），需要（yào）額外的盤車係統滿足立磨（mó）的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造（zào）成過大的衝擊，需增加（jiā）軟起動（dòng）裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要（yào），整個係統構成複雜，係統運行的輔助（zhù）設備很多。直驅係統由（yóu）變頻控製係統控製永磁同步電機起（qǐ）動，轉（zhuǎn）矩特性滿足需要，無需盤（pán）車係統（tǒng）和減速器，輔助（zhù）係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動（dòng）過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係（xì）統起動，待三相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。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需（xū）要盤車（chē）係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅（qū）係統直（zhí）接變頻低速起（qǐ）動，係統直接運行，係（xì）統控製簡單。變頻控製起動過（guò）程可（kě）根據實際工況進行調（diào）整，以滿足各種（zhǒng）工況的（de）需求。低速可過載（zǎi）輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低（dī）,維護次數少
係統各構成單元（yuán）均需（xū）要時常檢查和定期維護，傳統（tǒng）係統構成單元多。同時立磨減速器結構（gòu）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（sù）運行的情況下進行係統維護。直驅係（xì）統構成單元簡單，變頻器控製永（yǒng）磁（cí）同步電機直（zhí）接驅動，控製方便。係統（tǒng）內（nèi）無減（jiǎn）速（sù）器，無需額外進行維（wéi）護，係統維護成本低（dī）。同（tóng）時（shí），係統可實現在電機低速運（yùn）行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高（gāo）,節能效果明顯
綜上采用（yòng）直驅永磁電（diàn）機（jī）取代傳統驅動係統年節（jiē）電量達181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元/kWh）立式鯤（kūn）磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係（xì）統相同（tóng），這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨（mó）結構采（cǎi）用永磁直驅電機驅動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正軸承與壓力（lì）軸承（chéng）上進行突破（pò），通過設計一種雙（shuāng）向載荷扇（shàn）形模塊機構替代大直徑軸（zhóu）承，方便加（jiā）工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中（zhōng）、小型不同尺寸的立磨，分別設計（jì）了三種立磨專用永磁電機，代替傳（chuán）統的減速機與三（sān）相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到（dào）扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申（shēn）請專 利。
永磁直驅礦用球（qiú）磨機 
