1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采（cǎi）用三（sān）相異步（bù）電動機、聯軸器、減速裝置以（yǐ）及齒輪結構進行驅動（dòng），導致球磨機（jī）的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行（háng）維護工作量大（dà）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、立磨機采（cǎi）用永磁直驅電機,通過將電動機與機（jī）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（qū）方案（àn），能直（zhí）接滿足荷載的需求（qiú），省去傳統（tǒng）磨機的減速機，顯著提高了電機的效（xiào）率與功率因數（shù），具有節能、起動轉矩大、過載（zǎi）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（cǎi）用了（le）模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當於把（bǎ）一（yī）個大功率電機做成了（le）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入電壓，但是不增加電機（jī）的（de）輸（shū）入電（diàn）流，電機（jī）不必采用高等級絕緣。模塊化（huà）電機采用多台小功率變頻（pín）器聯（lián）合供電，這樣設計降低了電（diàn）機的供電電壓（yā）和使（shǐ）用的變頻（pín）器容量，從而降低成本。每（měi）個模塊電機（jī）都具有一套獨立的控（kòng）製（zhì）係統，大大提升（shēng）了電機（jī）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（mó）塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品（pǐn）電機的（de）定子采（cǎi）用了一種自主設計研（yán）發的隨動式結構，將（jiāng）整圓的定子分成若（ruò）幹個相（xiàng）互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確（què）定了一（yī）種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終（zhōng）跟隨轉筒（tǒng）運動從而保（bǎo）持定子與轉子間隙恒定的結構（gòu）。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間（jiān）的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣（qì）隙可以設計的比普通永磁直驅電機的（de）小很多，從而大（dà）幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模（mó）塊發生（shēng）故障時，直接拆卸故障電機，更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。使（shǐ）用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子（zǐ）結（jié）構構成一種（zhǒng）“小車結（jié）構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋（xuán）轉（zhuǎn）相當於（yú）汽車在公路行駛，公路的（de）起伏不影響車輪與地（dì）麵貼合，即滾筒偏心浮動不（bú）影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙（xì）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（yuán）因造成電（diàn）機偏心、氣隙不均勻時，仍（réng）能正常（cháng）運轉，保證磨機（jī）始終運行在性能（néng）狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉（zhuǎn）子間的間隙也可（kě）以做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，並且因為隨（suí）動式結構，電機不（bú）會發生掃膛現（xiàn）象。
本產品電機的定子（zǐ）為隨動式結構,基於（yú）模塊化永磁直驅電機，采用獨立的（de）扇形定子塊結構，其隨動（dòng）原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪（lún）且滾輪貼合滾（gǔn）筒來確定定子與轉子間的（de）間隙，定子（zǐ）塊徑向外（wài）側設有與支撐（chēng）框架相連的彈性機構。彈（dàn）性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態（tài）,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，進而帶動定子塊（kuài）向上移動，上方彈性機構（gòu）繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的（de）同時，定子塊上的彈性機構（gòu）將其向上頂（dǐng），保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊（kuài）跟（gēn）隨轉筒波（bō）動而進行徑向與圓周方向的移（yí）動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒（tǒng）向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其（qí）向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產（chǎn）品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的（de）定子塊設置不同的壓力,避（bì）免因彈性裝置設置的壓（yā）力過大造成滾輪或轉筒磨損較快（kuài）。
本產品將永（yǒng）磁（cí）電機采用模塊化控製，根（gēn）據不同功率的電機設計采用不（bú）同個數（shù）的隨動（dòng）式定子塊（kuài）構成一台模塊（kuài）電（diàn）機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多（duō）台模塊電機共用同一個轉子，模（mó）塊電機包繞式安裝在球磨機滾（gǔn）筒上。相（xiàng）鄰隨動式（shì）定子塊間設有固定在支（zhī）撐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（fǎ）蘭處銜接（jiē）T型（xíng）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（zhuāng）拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑（jìng）向依次拆卸（xiè）密（mì）封外殼（ké）、彈性機構、彈性機構與定子塊之（zhī）間的連接杆、彈性機構支撐（chēng）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（de）電機驅動（dòng）係統的（de）優點
現階段（duàn）大（dà）多數的球（qiú）磨機仍采（cǎi）用三相感應電動機、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。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，損耗大大降低，節約（yuē）了能源。永磁電機通過變頻器進行調（diào）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（yuè）廣泛的原因。
采用永磁（cí）直驅（qū），取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環（huán）節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升（shēng）至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不（bú）僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障（zhàng）率低，維護檢修方便，還避（bì）免了傳統設備因漏油造成環（huán）境汙染。
由於本產（chǎn）品電機定子（zǐ）采用了模塊化設（shè）計，不僅降低了加（jiā）工，製（zhì）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（diàn）機。模塊化電機的（de）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（zēng）加電機的輸入電流，電機（jī）不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用（yòng）多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降（jiàng）低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運（yùn）行部（bù）分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障（zhàng）時，會導致電機合成磁動勢發生畸（jī）變，諧波含量增加，平均轉矩（jǔ）下降，轉矩波動（dòng）顯著增加，無法繼續（xù）正常運行。而本產品進行了模塊化設計，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（zhì）的自由（yóu）度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故（gù）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（kuài）數，也可切除故障子模塊而控製其餘（yú）正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重（chóng）載產生震動（dòng）等因素會發生轉（zhuǎn）子偏（piān）心現象（xiàng），偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產（chǎn）中常常通過增加氣（qì）隙大小來預防掃膛，而氣隙增（zēng）大會導致（zhì）永磁體用量增（zēng）加，提高電機製造成本（běn）。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保（bǎo）證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永（yǒng）磁（cí）體用量，電機不會發（fā）生掃膛現象，同時因（yīn）為該（gāi）隨（suí）動式定子結構（gòu）在偏心時能繼續（xù）正（zhèng）常工作，檢（jiǎn）修（xiū）次數更少（shǎo），工（gōng）作時間更長，大（dà）體積（jī）球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效（xiào）率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直（zhí）驅對（duì）比於（yú）傳統感應電機的優（yōu）點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣（yàng）性（xìng）
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件（jiàn），調整磨鞮高度來（lái）改變（biàn）係（xì）統工作環境，係統反應速度慢。永磁同（tóng）步電（diàn）機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整（zhěng）磨輾高度外，還增加（jiā）了速度（dù）調節以快速適（shì）應係統工作環境，係統反應速（sù）度（dù）更快。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠（kào）性高
傳統係統因三相感應電機無（wú）法在低速實現大轉矩輸出，需要額外（wài）的盤車係統（tǒng）滿足立磨的低速起（qǐ）動。為保證在電機起動（dòng）過程不對電（diàn）網造成過大的（de）衝擊，需增加軟（ruǎn）起動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統（tǒng）轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很（hěn）多。直驅（qū）係統由變頻控製（zhì）係統控製永磁同步（bù）電機起動，轉矩特性滿（mǎn）足需要，無需盤車係（xì）統和減速器，輔助係統少，結（jié）構簡單。
(3）變頻（pín）器軟起動，起（qǐ）動過程隨意設定（dìng）
傳統係統（tǒng）先由低速盤車係統起動（dòng），待三相感應電機達到（dào）起動條件後，軟起動裝置起動三（sān）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（guò）程需要盤車係統，將轉速提高到三相（xiàng）感應電機起動條件。直驅係統直接變（biàn）頻低速起動，係統直接運行，係統（tǒng）控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況（kuàng）進行調整，以滿足各種工況的需（xū）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護，傳統係統構成單（dān）元多。同時立磨減速器結構複雜需要經（jīng）常維護（hù），維護成本（běn）費（fèi）用（yòng）高。同時係統無法實現在（zài）低速運行的情況下進行（háng）係統維護。直驅係統構成單（dān）元簡單，變頻器控製（zhì）永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減（jiǎn）速器，無需額外進行維護，係統維護成本低（dī）。同時，係統可實現在電（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（míng）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）立式鯤磨機直（zhí）驅係統的優勢與球（qiú）磨機直驅係統相同，這裏不（bú）再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永（yǒng）磁直驅（qū）電機驅（qū）動,提高了立磨效（xiào）率（lǜ）。在立磨扶正軸承與壓（yā）力軸（zhóu）承上進行突破，通過設計一種雙向載荷（hé）扇形模塊機構替代（dài）大直（zhí）徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配（pèi）、維修（xiū），並降低成本（běn）,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不（bú）同尺寸的立磨，分別設計（jì）了三種立磨專用永（yǒng）磁電機，代替傳統的減速機與三相異步（bù）電動（dòng）機，永（yǒng）磁直驅（qū）電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達（dá）到（dào）扶正與承（chéng）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（kuàng）用球磨機（jī） 
