1、技術背景
傳統的球（qiú）磨機、立（lì）磨機大都采用三相異步電動機（jī）、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（jī）械傳（chuán）動鏈（liàn）冗長、效率低、機構複雜（zá）、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（jiū）所與河南（nán）91视频网機電設備有限公司聯合設計研發（fā）的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過（guò）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（shū）的中間環節，做（zuò）成直（zhí）驅方案，能直接滿足（zú）荷（hé）載的需求，省去傳統磨機的減（jiǎn）速機，顯著（zhe）提高（gāo）了電（diàn）機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大（dà）、過載能力（lì）強、係統（tǒng）免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵（miàn）,本產品電機定子采用了模（mó）塊化設計，不僅降低了加工（gōng）、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功率（lǜ）電（diàn）機做成了多個（gè）小功率電機。模塊（kuài）化電機的控製技術可以實現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電（diàn）流（liú），電機不必采用高等級絕緣。模（mó）塊化電機（jī）采用多台小（xiǎo）功（gōng）率變頻器聯合供（gòng）電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器（qì）容量，從而降低成本。每個（gè）模塊電機都具有（yǒu）一套獨立的控製係（xì）統，大大（dà）提升了電機控製的自（zì）由度，球（qiú）磨機運行在輕載（zǎi）工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨（suí）動（dòng）式結（jié）構，將整圓的定（dìng）子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計（jì），確定了（le）一種無論球磨機轉筒是否（fǒu）震（zhèn）動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒（tǒng）運動從而保（bǎo）持定子與轉子間隙恒（héng）定的結構。本產品通過機械結構設計（jì）保證定子與轉子間的間隙（xì）恒定（dìng），電機不會發生掃（sǎo）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，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生（shēng）產成本，節約稀土資源，節能用電量（liàng）。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發（fā）生（shēng）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（shù）
本產品的隨動式定子（zǐ）結（jié）構構成一（yī）種“小車結（jié）構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影（yǐng）響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不（bú）影響滾輪貼合滾筒，保證（zhèng）定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因（yīn）造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍（réng）能正常運轉，保證磨機始終運行在（zài）性能狀（zhuàng）態，不必停（tíng）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（shǎo）永磁（cí）體用量，並且因為隨（suí）動式結構，電機不會發生掃膛（táng）現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,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（zài）定子塊的軸向（xiàng）兩側（cè）安裝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框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果（guǒ）球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其（qí）向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性（xìng）機構將其向（xiàng）上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼（tiē）合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒（tǒng）波動而（ér）進行徑向（xiàng）與圓周方向（xiàng）的移動，從而保證定子、轉子之（zhī）間的間隙不變。球（qiú）磨機滾筒（tǒng）向下複位或繼續向（xiàng）下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力（lì）的同時，彈（dàn）性機構（gòu）將上方其向下（xià）壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈（dàn）性裝置的壓力大（dà）小可調，對於（yú）不同位置的定子塊（kuài）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，根據不同功率（lǜ）的電機設計采用不同個數的隨動（dòng）式（shì）定子塊構成一台模（mó）塊電機，一台整圓電機由多台模塊（kuài）電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式（shì）安裝在球磨機（jī）滾（gǔn）筒上。相（xiàng）鄰隨動式定子塊間設有（yǒu）固定在（zài）支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓（yuán）周方（fāng）向的限位。球（qiú）磨機（jī）滾筒（tǒng）的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安（ān）裝電機（jī）轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安（ān）裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的（de）徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構（gòu）與定子塊之間的連接杆、彈性機（jī）構支（zhī）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係統的優點
現階段大（dà）多（duō）數（shù）的（de）球磨（mó）機仍采（cǎi）用三相感應電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及（jí）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（sǔn）耗大大降低，節約了能源。永（yǒng）磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度（dù）快，感應電機則起動（dòng）相對困難。這些也（yě）是近年來（lái）永（yǒng）磁電機應用越來越廣（guǎng）泛的原因。
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（huán）節，縮短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至（zhì）少20%。球磨機直驅係統的傳動效率（lǜ）不僅得到大幅提升（shēng），而且直驅（qū）係統的故障率低（dī），維（wéi）護檢修方便，還（hái）避（bì）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（kuài）化（huà）設計，不僅降低（dī）了加工（gōng），製（zhì）造，運輸等難度，還相當於（yú）把一個大功率電機做成了多個（gè）小功（gōng）率電機。模塊化電機的控製技術（shù）可以實現降低大功率電機的輸入電壓，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（kuài）化電（diàn）機采用多台小功率變（biàn）頻器聯合供電。這（zhè）樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變（biàn）頻（pín）器容量，從（cóng）而降低成本。球磨機運行在輕（qīng）載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅（qū）動（dòng）球磨機（jī）。
傳統電機（jī）故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加（jiā），平（píng）均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模（mó）塊化設計，每（měi）個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升（shēng）了電機控製的自由度,可以利用其多（duō）電機結構和（hé）控製靈活（huó）的優勢，在發生故障時。可以（yǐ）直接拆卸故（gù）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塊數，也可切除故障子模塊而（ér）控製其餘正常子模塊降額運行（háng）。使用本產品完（wán）全不會因電機發生故（gù）障而影（yǐng）響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變或重載產（chǎn）生震動等因素會發生轉子偏（piān）心現象，偏心嚴重時還會造（zào）成電機掃膛損壞電機，實際（jì）生產中常常（cháng）通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大（dà）會導致永磁體用量（liàng）增加（jiā），提高電機製造成本（běn）。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉（zhuǎn）子之間（jiān）的間隙（xì）恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁（cí）體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為（wéi）該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工（gōng）作，檢修（xiū）次（cì）數（shù）更少，工（gōng）作時（shí）間更（gèng）長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是（shì）提（tí）高（gāo）生產效率。
4、隨動式球磨機（jī）裝配示意圖
二（èr）、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅（qū）對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製（zhì），實現負（fù）載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事（shì）件，調整磨鞮高度來改變（biàn）係統（tǒng）工作環境，係統反應速度慢。永（yǒng）磁同步電機采用（yòng）變頻調速（sù），適應工況（kuàng）能力強。遇到突發事（shì）件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速（sù）適應係統（tǒng）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（tǒng）因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的（de）盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在（zài）電機（jī）起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動後，通（tōng）過減速器滿足（zú）係統轉矩需要，整個（gè）係統構成複雜，係統運行（háng）的輔助設備很多。直驅係統由變頻控（kòng）製係統控製（zhì）永磁同步電機起動，轉（zhuǎn）矩特性滿足（zú）需要，無需盤車係統和減速（sù）器，輔助係統少，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（xì）統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三（sān）相（xiàng）感應電機（jī）起動條件（jiàn）。直驅係統直（zhí）接變頻低（dī）速（sù）起動，係統直（zhí）接運行，係統控製簡單。變頻控（kòng）製起動過程可根據實際工況進行調（diào）整（zhěng），以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統（tǒng）。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數（shù）少（shǎo）
係統各構（gòu）成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統（tǒng）構成單（dān）元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維（wéi）護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直（zhí）驅係統構成單元簡單，變（biàn）頻器控製永磁同步電（diàn）機直接驅動（dòng），控製方便。係統內無減速器，無需額（é）外進行維護，係統（tǒng）維護成本低。同（tóng）時，係統可（kě）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,節能效果明顯
綜上采用直驅永（yǒng）磁電機取（qǔ）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（jī）直驅係統的優勢與球磨機（jī）直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨（mó）結構示意圖
本新型立磨結構（gòu）采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）軸承上進行突（tū）破，通過設計一（yī）種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承（chéng），方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本（běn）,在工程實際中具有很（hěn）強的實用型。
針對（duì）大、中、小型不同尺寸的（de）立（lì）磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的（de）減速機與三相異步（bù）電動機，永磁直驅電機具有雙向載（zǎi）荷機構與不（bú）同的放置（zhì）位置，均（jun1）能（néng）達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
