1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電（diàn）動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨（mó）機的傳動（dòng）係統存在（zài）機械傳動（dòng）鏈冗長、效（xiào）率低、機構複雜（zá）、運行維護工作（zuò）量大等問題。
沈陽工業大學電機（jī）與控製（zhì）技術研究所與河南91视频网機電（diàn）設備（bèi）有限公司聯合設計研（yán）發的球磨機（jī）、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體化設計，取（qǔ）消動力傳輸的中間環節（jiē），做成直驅方案，能直（zhí）接滿足荷載（zǎi）的需求，省（shěng）去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與（yǔ）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（gāo）等優點。
在（zài）控（kòng）製方麵,本產（chǎn）品電機定子（zǐ）采用了（le）模塊（kuài）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多（duō）個小功率電機。模塊（kuài）化電機的控（kòng）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（jiā）電機的輸入電流，電機（jī）不必采用高等級（jí）絕緣。模塊（kuài）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（diàn）機的供電電壓（yā）和使用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。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（dù），球磨機（jī）運行在輕（qīng）載工況時，完全可以隻運行部（bù）分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子（zǐ）采用了（le）一種自主設計（jì）研發的隨動（dòng）式結構，將整圓的定子分成若（ruò）幹（gàn）個相互存在間隙的小扇（shàn）形塊，通過機（jī）械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動（dòng）從而保（bǎo）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（dìng）子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象（xiàng），因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而（ér）大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節（jiē）約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆（chāi）卸故障電機，更換新的模塊電機（jī）即可正常運行（háng）。使用本產品完全不會因（yīn）電機發生故障而影響到生產工（gōng）期。
2、球磨機專用隨動式永（yǒng）磁直驅電機概述
本產品的（de）隨動式定子結（jié）構構成一種“小車結構”，滾筒就像公（gōng）路，定子塊就像汽車。滾輪（lún）貼合滾筒（tǒng）旋轉相當（dāng）於汽車在公（gōng）路行駛，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（tǒng），保證定子、轉（zhuǎn）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（chéng）電機偏心、氣（qì）隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性（xìng）能（néng）狀態，不必停機檢（jiǎn）修。同時電機定子與轉子間的（de）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（fā）生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式（shì）結構,基於（yú）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（zǐ）塊的軸向兩側安裝（zhuāng）滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間（jiān）隙，定子塊徑向外側設有與支撐（chēng）框架相（xiàng）連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處（chù）於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒（tǒng）會（huì）向（xiàng）上（shàng）頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子（zǐ）塊（kuài）向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子（zǐ）塊在受（shòu）到永磁體對其（qí）向上的吸引力的同時，定子塊上的彈（dàn）性機構將其向上（shàng）頂，保證下（xià）方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨（suí）轉筒波動而進行徑向與圓周方向（xiàng）的（de）移（yí）動（dòng），從而保證定子、轉子（zǐ）之間的間隙不變（biàn）。球（qiú）磨機滾筒向下複位或（huò）繼續向（xiàng）下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其（qí）向下的（de）吸引力的同（tóng）時，彈性（xìng）機構將上方（fāng）其向下壓,下方定子塊被轉（zhuǎn）筒向下壓。
本（běn）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,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據（jù）不同功率的電機設計采用不同個（gè）數的隨（suí）動式定子塊構成一台（tái）模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共（gòng）用同一（yī）個轉子，模塊電（diàn）機包繞式（shì）安裝（zhuāng）在球磨機滾筒上。相鄰（lín）隨動式定子塊（kuài）間設有（yǒu）固定在支（zhī）撐框架上的擋板來對（duì）定子塊進行圓周方向的限位。球磨機（jī）滾（gǔn）筒的（de）法蘭處銜接T型支（zhī）撐（chēng）板,用於支撐安裝電機轉（zhuǎn）子（zǐ）鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊（kuài）安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑（jìng）向依次（cì）拆卸密（mì）封（fēng）外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將（jiāng）定子塊沿徑（jìng）向拉出（chū），進（jìn）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
現階段大多數的球磨機仍采用（yòng）三相感（gǎn）應電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝（zhuāng）置以及（jí）齒輪結構進（jìn）行驅動。永磁同步電機與感應電（diàn）機相比優勢（shì）是它（tā）有較（jiào）高的效（xiào）率和功率因數，損耗（hào）大大降低，節約了（le）能源（yuán）。永磁電機通過變頻器進行調速（sù），電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難（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（jiān）的（de）減速機、聯軸器（qì）、及齒（chǐ）輪的傳動環節，縮短係統的（de）傳動鏈，直驅（qū）係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效（xiào）率不僅得到大幅提升，而且（qiě）直驅係統的（de）故障率低，維護檢修方（fāng）便，還（hái）避免了傳統設（shè）備（bèi）因漏油造成環（huán）境汙染。
由於本產品電機定子采用（yòng）了模塊化設計，不僅（jǐn）降（jiàng）低了加（jiā）工，製造，運輸等難度，還相當（dāng）於把一個大功率（lǜ）電機做成了多個小功（gōng）率電機。模塊化電機的控製（zhì）技術可以實現降低大功（gōng）率電機的輸入電壓，但是不增加電機的（de）輸入電流（liú），電機不必（bì）采用（yòng）高等級絕緣，模塊化電機采用（yòng）多台小功（gōng）率變（biàn）頻（pín）器聯合供電。這樣設計降低了（le）電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨（mó）機運（yùn）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（diàn）機故障時，會導致電機合成磁動勢發（fā）生（shēng）畸變，諧波含量增加（jiā），平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了（le）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（dà）提升了電（diàn）機控製的自由度,可以利用其多電機結構（gòu）和控製靈活的優勢，在發生（shēng）故障時。可以直（zhí）接拆卸故障電機更換（huàn）新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊（kuài）數，也可切（qiē）除（chú）故（gù）障子模塊而控製其餘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（xiǎng）到生產工期（qī）。
球磨機（jī）因加工誤差（chà）、軸承（chéng）磨損、滾筒（tǒng）形變或重（chóng）載產（chǎn）生震動等因（yīn）素會發生轉（zhuǎn）子（zǐ）偏心現象，偏心嚴重時還會（huì）造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大（dà）小來預防掃膛，而氣隙增大會導致（zhì）永磁體用量增加，提高電機製造（zào）成本。隨動式定子結構的（de）模塊電機，能在轉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，減少永磁體用量，電機（jī）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正常工作，檢（jiǎn）修（xiū）次數更少，工作時間更長，大體積球磨（mó）機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配（pèi）示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電（diàn）機的優（yōu）點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一（yī），工況適應能力差。遇到突發事件，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，適應（yīng）工況能力強。遇到突（tū）發事件，除（chú）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。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因（yīn）三（sān）相感應（yīng）電機無法在（zài）低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起（qǐ）動。為保證在電機起動過程不對電（diàn）網造成過大（dà）的衝擊（jī），需增加軟（ruǎn）起（qǐ）動裝置。三相感應電機（jī）起動（dòng）後，通過減速器滿足係統轉（zhuǎn）矩需要，整個係統構成（chéng）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（tóng）步電機起動，轉矩特性滿足（zú）需要，無需盤（pán）車（chē）係（xì）統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變（biàn）頻器軟起動，起動過程隨意（yì）設（shè）定
傳統係統先（xiān）由低（dī）速盤車係統起動，待三相感應（yīng）電機達到起動（dòng）條件後，軟起動（dòng）裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低（dī）速無（wú）法（fǎ）實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速（sù）提高到三相感應（yīng）電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行（háng），係（xì）統控（kòng）製簡單。變頻控製起動過程可根據（jù）實際工況進行調整，以滿足各種工況（kuàng）的需求。低（dī）速可過載輸（shū）出，滿足起動需要，取代（dài）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（jun1）需要時常檢查和定期維護，傳統係統構（gòu）成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速（sù）運行（háng）的情（qíng）況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單（dān），變頻器控製（zhì）永磁同步電（diàn）機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統（tǒng）可實現在（zài）電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動（dòng）效率高,節能效果明顯
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（yuán）/kWh）立式（shì）鯤磨機（jī）直驅係統的優勢與球磨機直（zhí）驅係統相（xiàng）同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機（jī）驅動,提高了立磨效率。在（zài）立磨扶正（zhèng）軸承與壓力（lì）軸承上進行（háng）突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方（fāng）便加工、生產、運（yùn）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、小型不同（tóng）尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電（diàn）機，代替傳統的減速機與三（sān）相異（yì）步電動機，永磁直驅（qū）電機具有雙向載荷機構與不同（tóng）的放置位置，均能達到扶正（zhèng）與承（chéng）壓（yā）的作用，並且方便製造、裝配維護，節省（shěng）成本。均（jun1）已申請專 利。
永磁直（zhí）驅（qū）礦用球磨機 
