1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三（sān）相異步電（diàn）動機、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒（chǐ）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（liàng）大等（děng）問題（tí）。
沈陽工業（yè）大學電機與控（kòng）製技術研究所與河南（nán）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（yǒng）磁直驅電機,通過將電動（dòng）機與機械結構進行機電（diàn）一體化設計，取消（xiāo）動（dòng）力傳輸的中間環（huán）節，做（zuò）成（chéng）直驅方案，能直接滿足（zú）荷載（zǎi）的需求，省去傳（chuán）統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節（jiē）能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度（dù）高等優點。
在控（kòng）製方麵,本產品電（diàn）機定子采用了模塊化設（shè）計，不僅降低了加工（gōng）、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（gè）小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實（shí）現降低大（dà）功率電機的輸入電壓，但是不增加（jiā）電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等級（jí）絕緣。模塊化電機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合供（gòng）電，這樣設計降低了電（diàn）機的供電電壓（yā）和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模（mó）塊（kuài）電機都具有（yǒu）一套獨立的控製係統，大大提升了電機（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塊電機驅動球磨（mó）機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主（zhǔ）設計研發的隨動式結構，將整圓的定（dìng）子分成若幹個相互存在間隙的（de）小扇形塊（kuài），通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏（piān）心，定子塊始終跟隨轉筒運動從（cóng）而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通（tōng）過機械結構設計（jì）保證定子與轉子間的間隙恒定，電（diàn）機不會（huì）發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計（jì）的比普通永磁直驅電機的小（xiǎo）很多，從而大幅（fú）降低電機永磁體用量，降低生產成（chéng）本，節約稀土資源，節能用（yòng）電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全（quán）不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的（de）隨動式定（dìng）子結構構成一種（zhǒng）“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起（qǐ）伏不影（yǐng）響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒（tǒng），保證定子、轉子間隙恒定（dìng），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（jun1）勻時，仍能正常運轉，保證磨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的更小，減少永磁（cí）體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發（fā）生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化（huà）永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原（yuán）理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合（hé）滾筒來確（què）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（xiàng）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（dòng），轉筒會向上頂定（dìng）子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動（dòng），上方彈性機構繼續壓縮;下方（fāng）定子塊在受到永磁體（tǐ）對其向上的吸引力的同時，定子塊上的（de）彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合（hé）轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的（de）間隙不變（biàn）。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引（yǐn）力的同時，彈性機（jī）構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置（zhì）的壓力大小可調，對於不同（tóng）位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設（shè）置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本（běn）產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設（shè）計采用不同個數的隨動式定（dìng）子塊構成一台模塊電機，一台整（zhěng）圓電機由多台模塊電機構成,多台（tái）模（mó）塊電機共用同一個轉子，模塊電（diàn）機包繞式（shì）安裝（zhuāng）在球磨機滾筒（tǒng）上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上（shàng）的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨（mó）機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐（chēng）安裝電機轉子鐵心及磁（cí）鋼。
本產品的（de）隨動式定子塊（kuài）安裝拆（chāi）卸十分（fèn）便（biàn）捷，隻需要沿球磨機的徑向依（yī）次拆卸密封外（wài）殼、彈性機構、彈性（xìng）機構（gòu）與定（dìng）子塊之（zhī）間的連接杆、彈性機構支撐架，即可（kě）將定（dìng）子塊沿徑向拉出，進行檢（jiǎn）修或更換新的定子塊（kuài）。
3、采用本（běn）產品代（dài）替傳統磨機的電機驅動係統（tǒng）的優（yōu）點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器（qì）、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相（xiàng）比（bǐ）優勢是（shì）它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節（jiē）約了能源（yuán）。永磁電機通過變（biàn）頻器進行調速，電（diàn）機運行平穩，係統響應速（sù）度快，感應電機（jī）則起動相對困難（nán）。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸（zhóu）器、及（jí）齒（chǐ）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%。球磨（mó）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，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了（le）多個小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的控製技（jì）術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電（diàn）機采（cǎi）用多台（tái）小功率變頻器（qì）聯合（hé）供電。這樣設計降低了電（diàn）機的供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而降低成本。球磨（mó）機運行在輕載工（gōng）況時,完全可以隻（zhī）運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導（dǎo）致電機合成磁動勢發生畸（jī）變，諧波含量增（zēng）加，平均轉矩下降，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（gè）模塊電機（jī）都具有一套獨（dú）立的（de）控製係統，大大提升了電機控製的自由度（dù）,可以利用其多（duō）電機結構和控（kòng）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。模塊化電機具有冗餘的模（mó）塊數，也可切除故（gù）障子模塊而（ér）控製其餘正常子（zǐ）模塊降額運行（háng）。使用本產品完全（quán）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（chóng）載產生震（zhèn）動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴（yán）重時還會造成電機掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產（chǎn）中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙（xì）增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時（shí）保證定子（zǐ）與轉子之間的間（jiān）隙恒定，可（kě）將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續（xù）正常工作，檢修（xiū）次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低（dī）檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝（zhuāng）配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨（mó）直（zhí）驅對比於（yú）傳統（tǒng）感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況（kuàng）多樣性
傳統（tǒng）立磨速度單一（yī），工況適應能力差。遇到突發事件，調整（zhěng）磨（mó）鞮高度來改變係統工作環境，係統反應（yīng）速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件（jiàn），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（tǒng）反應速度更快（kuài）。
(2）係統簡單,可靠（kào）性（xìng）高
傳統係統因三相（xiàng）感應（yīng）電機無法在低（dī）速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低（dī）速起動。為保證在電機（jī）起（qǐ）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，通過減速器滿足係統轉（zhuǎn）矩需要（yào），整個係統構成複雜，係統運行的輔助設（shè）備很多。直驅（qū）係統由變頻控製係（xì）統控（kòng）製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器（qì），輔助係統（tǒng）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（zhì）複雜（zá），低速無法實現過載（zǎi）輸出。在低速過程需要盤車係統（tǒng），將（jiāng）轉（zhuǎn）速（sù）提高到三（sān）相感（gǎn）應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運（yùn）行，係統控製簡單。變頻控製起動（dòng）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（xū）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（dān）元均需（xū）要時（shí）常檢查（chá）和定期維護（hù），傳統係統構成單元多。同時立磨減（jiǎn）速器結構複雜需要經常維護，維（wéi）護成本費用高。同時係統無（wú）法實現在低速運行的情況（kuàng）下進行係統維護。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（dòng），控製方便。係統內無減（jiǎn）速（sù）器，無（wú）需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下（xià）進行係統維護。
(5）傳動（dòng）效率高,節能效果明顯（xiǎn）
綜上采用直（zhí）驅永磁電（diàn）機取代傳統驅動（dòng）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（xì）統的優勢與（yǔ）球磨機直（zhí）驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅（qū）立磨結（jié）構示意圖
本新（xīn）型立磨結構（gòu）采用永磁直（zhí）驅電機驅動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正軸承與壓（yā）力軸承上進行突破，通過設計一種雙（shuāng）向載荷扇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（hěn）強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種（zhǒng）立（lì）磨專（zhuān）用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，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（dá）到扶（fú）正與承壓的作用，並且方便製造、裝配（pèi）維護，節省（shěng）成本。均已申（shēn）請專（zhuān） 利。
永磁直（zhí）驅礦用球磨機 
