1、技術背景
傳統的球磨（mó）機、立磨機大都采用（yòng）三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致（zhì）球磨機的傳動係統（tǒng）存在機械傳（chuán）動鏈冗長（zhǎng）、效率低、機構複雜、運行維護（hù）工作量大等問題。
沈陽工業（yè）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（de）球磨機、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（tǐ）化設（shè）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（qiú），省去傳統磨機的減速機，顯著提高（gāo）了電機的效率（lǜ）與功率因數，具有節能（néng）、起動（dòng）轉矩大、過載能（néng）力強、係統免維護、自（zì）動化程（chéng）度高等（děng）優點。
在控製方（fāng）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（hái）相當於把一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（jì）術可以（yǐ）實現降低大功率電機的輸入電壓（yā），但是不增加電機（jī）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（xiǎo）功率變頻器聯合（hé）供電，這樣設計降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容（róng）量，從而（ér）降低成（chéng）本。每個模塊（kuài）電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製（zhì）的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全（quán）可以隻運行部分模塊電機（jī）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（zì）主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互（hù）存在間隙的小扇形塊，通過機械結構（gòu）設計，確定了一種（zhǒng）無論球磨機轉（zhuǎn）筒（tǒng）是否震動或偏心，定（dìng）子塊始終（zhōng）跟隨轉筒運動從而保持定子與轉（zhuǎn）子間隙恒定（dìng）的結構。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（shēng）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小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節（jiē）約（yuē）稀（xī）土資源，節能用電量。當模塊（kuài）發生（shēng）故障時，直接拆卸故障電機（jī），更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。使用本（běn）產品完全不（bú）會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期（qī）。
2、球磨機（jī）專用隨動式永磁（cí）直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構成（chéng）一種“小車（chē）結（jié）構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪（lún）貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒（tǒng）偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證（zhèng）定子、轉子（zǐ）間（jiān）隙恒（héng）定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變、重載震動等（děng）原因造成電機偏（piān）心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨（mó）機始終運行在性能（néng）狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子（zǐ）間的間隙也可以（yǐ）做的更（gèng）小，減少永磁體用量，並且因為隨動（dòng）式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品（pǐn）電機的（de）定子為隨動式結構,基於模塊（kuài）化永磁直驅（qū）電機，采用獨立的扇形定（dìng）子塊結構，其（qí）隨動（dòng）原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合（hé）滾筒（tǒng）來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐（chēng）框（kuàng）架相連的彈性（xìng）機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時（shí）處（chù）於半壓縮狀態,如果球磨（mó）機滾筒向上波動（dòng），轉筒會向（xiàng）上（shàng）頂定子（zǐ）塊上安裝的（de）滾輪，進而帶動（dòng）定子塊向上移動，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同時（shí），定子塊上的彈性機（jī）構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪（lún）依然貼合轉（zhuǎn）筒外表麵，使（shǐ）定子塊跟（gēn）隨轉筒波動而進行（háng）徑向與圓周方向的移動，從而保（bǎo）證（zhèng）定子、轉子（zǐ）之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下（xià）波動，則上方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將（jiāng）上方其（qí）向下壓,下方（fāng）定子塊被轉筒向下壓。
本（běn）產（chǎn）品彈性裝置的壓力大小可調（diào），對（duì）於（yú）不同位置的定子（zǐ）塊設置（zhì）不同的（de）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（cí）電機采用模（mó）塊化控製，根據不同功率的電機設計采（cǎi）用不同個數的（de）隨（suí）動式定子（zǐ）塊構（gòu）成一台模塊電（diàn）機，一台整圓電機由多台模塊電機（jī）構成（chéng）,多台模塊電機共（gòng）用（yòng）同一個轉子，模塊電（diàn）機（jī）包繞（rào）式安（ān）裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的（de）限（xiàn）位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭（lán）處銜接T型（xíng）支撐板,用於支撐安裝電機（jī）轉子（zǐ）鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸（xiè）十分（fèn）便（biàn）捷，隻需（xū）要沿球磨機的徑向依次拆卸密（mì）封外殼、彈性（xìng）機構、彈性機（jī）構與定子塊之間的連接杆、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機驅動（dòng）係統（tǒng）的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相（xiàng）感應電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）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（shì）是它有較高的效率和功率（lǜ）因（yīn）數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年（nián）來永（yǒng）磁電機應用越來（lái）越廣泛的原（yuán）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，縮短係統的傳動鏈（liàn），直驅係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（dào）大（dà）幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便（biàn），還避免（miǎn）了傳統設備因漏油造（zào）成環境汙染。
由於本產品電機定子采用（yòng）了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸（shū）等難度，還（hái）相當於把一個大功率電機做成了多個（gè）小（xiǎo）功率（lǜ）電機。模（mó）塊化電機的（de）控（kòng）製技術可以實現降（jiàng）低大功率電機的輸入（rù）電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必（bì）采用高等級絕緣，模（mó）塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設（shè）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。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。
傳（chuán）統電機故障時，會導致電機合（hé）成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，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（jìn）行了模塊化設計，每個（gè）模塊（kuài）電（diàn）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（yóu）度,可以利用其多電機結構和控製靈活（huó）的優勢，在發生（shēng）故障時。可以直接拆卸故障電（diàn）機更換新（xīn）的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有（yǒu）冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊（kuài）而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本（běn）產品完全（quán）不會因（yīn）電機發生故障而影響到生（shēng）產工期。
球（qiú）磨機因加工誤差（chà）、軸承磨（mó）損（sǔn）、滾筒形變或重載產生（shēng）震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心（xīn）嚴重時還會造成電機（jī）掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預（yù）防（fáng）掃膛，而氣隙（xì）增（zēng）大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動（dòng）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（de）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（suí）動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更（gèng）少，工作時間更長，大（dà）體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是（shì）提高生產效率。
4、隨（suí）動（dòng）式（shì）球磨機（jī）裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的（de）優點( 1）變頻調速（sù）控製，實現負載工況多樣性
傳（chuán）統立磨速度單一，工況適應能力差。遇（yù）到突發事（shì）件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應（yīng）速度慢。永磁同（tóng）步電機采用變頻調速，適應工況能（néng）力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增（zēng）加了速度調節以快（kuài）速適應係統工作環境，係（xì）統反（fǎn）應速度（dù）更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳（chuán）統係統因三相感應電機無法在低（dī）速實現（xiàn）大轉矩輸出，需要額外的盤（pán）車係統滿足立磨的低速起（qǐ）動。為保證在電機起動過程不（bú）對電網造成過大的衝擊，需增加軟起（qǐ）動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動後，通過減速器（qì）滿（mǎn）足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅（qū）係統由變頻控製係統控製永磁同步電機（jī）起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔（fǔ）助係（xì）統少，結構簡單。
(3）變頻（pín）器軟（ruǎn）起動，起動過程隨意設定（dìng）
傳統（tǒng）係統先由（yóu）低速（sù）盤車（chē）係統起動，待三相感應電機達（dá）到起動條（tiáo）件後（hòu），軟起動裝（zhuāng）置起動（dòng）三相感應（yīng）電機，係統運行。係統（tǒng）控（kòng）製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速（sù）過程需要盤車係統，將轉速提高到（dào）三相感應電機起（qǐ）動（dòng）條件。直（zhí）驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行（háng），係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種（zhǒng）工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤（pán）車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構（gòu）成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複（fù）雜（zá）需要經常維護，維護成本費用高。同時係（xì）統（tǒng）無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統（tǒng）構成單元簡單，變頻器控製永磁同（tóng）步電機直（zhí）接驅動，控製方便。係（xì）統內無減速器（qì），無需額外進行維護，係統維（wéi）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）傳動效率高,節能效果（guǒ）明顯
綜上采用（yòng）直驅永磁（cí）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）立式鯤磨機直驅係統的優勢（shì）與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅（zhuì）述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本（běn）新型立磨結構（gòu）采用永磁直驅（qū）電機驅動（dòng）,提高（gāo）了立（lì）磨效（xiào）率。在立（lì）磨（mó）扶正軸承與壓（yā）力軸承上（shàng）進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修（xiū），並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小（xiǎo）型不同尺寸（cùn）的立磨，分別設計了三種（zhǒng）立磨專用永磁電機，代替傳統的減速（sù）機與三相異步電動機，永磁直驅電機（jī）具有雙向載荷機（jī）構與不同的放置位置，均能達（dá）到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配（pèi）維護，節省成本（běn）。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
