1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大（dà）都采用三相異步電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及（jí）齒（chǐ）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（dòng）鏈冗（rǒng）長、效率（lǜ）低（dī）、機構（gòu）複雜、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所與河南91视频网機電設（shè）備有限公（gōng）司聯合設計研發的球磨（mó）機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機（jī）與機械結構進行機電（diàn）一體化設計，取消動（dòng）力傳輸的中間（jiān）環節，做成直驅（qū）方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳（chuán）統磨機的減速機，顯著提高了（le）電機的效率與功率因（yīn）數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定（dìng）子采用了模塊化設計，不（bú）僅降低了加工、製造（zào）、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機。模塊化電機的（de）控製技術可（kě）以（yǐ）實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電（diàn）機的（de）輸入電（diàn）流（liú），電機不必采用高等級絕緣。模塊化（huà）電機采（cǎi）用多台小功率變頻器（qì）聯合供（gòng）電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的（de）控製係統，大大提升（shēng）了（le）電機控製的自（zì）由度，球磨機（jī）運（yùn）行在輕載工況時（shí），完全可以隻運（yùn）行部分模塊（kuài）電機（jī）驅動球磨機。
在結構（gòu）方麵（miàn），本（běn）產品電機（jī）的定子采用（yòng）了一種（zhǒng）自主設（shè）計研發的（de）隨動式結構，將（jiāng）整圓的定子分成若幹（gàn）個相互存在間隙的小扇形塊，通過（guò）機械結構設計（jì），確定了一種無論球磨機轉（zhuǎn）筒是（shì）否震動或偏（piān）心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持（chí）定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣（qì）隙可以設計的比（bǐ）普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機（jī）永磁體（tǐ）用（yòng）量（liàng），降低生產成本，節約稀土資源，節能（néng）用電量。當模塊發生故障時，直接（jiē）拆（chāi）卸故（gù）障電機，更換新的模塊電機即可（kě）正常運行。使用（yòng）本產品完全不會因電機發生故障而影響（xiǎng）到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產（chǎn）品的隨動式定子結構構成一（yī）種“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（dāng）於汽車在公路行駛，公路的起伏（fú）不影響（xiǎng）車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子（zǐ）間隙恒定，在球磨機因（yīn）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、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保（bǎo）證磨機始（shǐ）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（yǐ）做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，並（bìng）且因為（wéi）隨動式（shì）結（jié）構，電機不會發生掃（sǎo）膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基（jī）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（lǐ）是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼（tiē）合滾筒來確定定子與轉子間的間隙（xì），定子塊（kuài）徑向外側設有與支撐框架相連的彈性（xìng）機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心（xīn）時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向（xiàng）上波動，轉筒會向上頂定子（zǐ）塊上安裝的滾輪，進而帶動定子（zǐ）塊向上移動，上方（fāng）彈性機構（gòu）繼續壓縮;下方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將（jiāng）其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒（tǒng）波動而進行徑向與圓周方向（xiàng）的移動，從而保證定子、轉子之間的（de）間隙不變。球磨（mó）機滾筒向下複位或（huò）繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其（qí）向下的吸引力（lì）的同時，彈性機構將上方其向下壓（yā）,下方（fāng）定子塊被（bèi）轉筒（tǒng）向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子（zǐ）塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置（zhì）的壓力過大造成（chéng）滾輪或（huò）轉（zhuǎn）筒磨損（sǔn）較快（kuài）。
本產品將永磁電（diàn）機（jī）采用模塊化控製，根（gēn）據不同功率（lǜ）的電機設計采用不同個數的隨動式（shì）定子塊（kuài）構成一台模塊電機，一台整圓（yuán）電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個（gè）轉子（zǐ），模塊（kuài）電機（jī）包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固（gù）定在支撐框架上的擋板來對定子塊（kuài）進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板（bǎn）,用於支撐安裝電機（jī）轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆（chāi）卸十分便捷，隻需（xū）要沿球（qiú）磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支（zhī）撐架（jià），即可將定子塊沿徑向拉出，進行（háng）檢修（xiū）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（xì）統（tǒng）的優點
現（xiàn）階段大多數的球（qiú）磨機仍采（cǎi）用三相感應電動機、聯（lián）軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機（jī）與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗（hào）大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速（sù），電機運行平穩，係統響應（yīng）速（sù）度快，感應電機則起動相對困難。這些也是（shì）近（jìn）年來永磁電機應用越來越廣（guǎng）泛的原因。
采用永磁直驅（qū），取消了中（zhōng）間（jiān）的減速（sù）機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短（duǎn）係統的傳動（dòng）鏈，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（bú）僅得到大幅提升，而且直驅（qū）係統的故障（zhàng）率低（dī），維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成（chéng）環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加（jiā）工，製造，運輸等難度，還相當於把一個（gè）大功率電（diàn）機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術（shù）可以（yǐ）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，電機不必采用（yòng）高等（děng）級絕緣，模塊（kuài）化電機采用多台小功（gōng）率變頻（pín）器聯合供電。這樣設計降低了電（diàn）機的供電電壓和使（shǐ）用（yòng）的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完（wán）全可以隻運行（háng）部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電（diàn）機合成磁動勢發生畸（jī）變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增（zēng）加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模（mó）塊化設計，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,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生（shēng）故障時（shí）。可以直接拆（chāi）卸故障電機更換新（xīn）的模塊電機即（jí）可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數（shù），也可切除故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（yīn）電機發（fā）生故障而影響到生產工期。
球（qiú）磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子（zǐ）偏（piān）心現象，偏心嚴重（chóng）時還會造（zào）成電機掃膛損壞電機，實際生（shēng）產（chǎn）中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致（zhì）永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨（suí）動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子（zǐ）之間的間隙恒定（dìng），可將氣隙做的更小（xiǎo），減少永磁體用量，電機不會發生（shēng）掃膛現象，同時因為（wéi）該隨（suí）動式定子結（jié）構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球（qiú）磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生（shēng）產效率。
4、隨動式球磨機裝配示（shì）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優點( 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（jìng），係統反（fǎn）應速度慢。永（yǒng）磁（cí）同步（bù）電機采用（yòng）變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事（shì）件，除（chú）調整磨輾高度外，還增加了速度調節（jiē）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（xìng）高
傳統係統因三相（xiàng）感應電機無法在（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動。為保（bǎo）證在電機起動過程不對電網造成過大（dà）的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後（hòu），通過（guò）減速器滿足係統轉矩需要（yào），整（zhěng）個係統構成複雜，係統運行的輔助（zhù）設備很多。直驅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（mǎn）足需要，無需盤車係統和（hé）減速（sù）器（qì），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（dào）起動條件後，軟起動裝置起動三相（xiàng）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（pán）車係統，將轉速提高到三（sān）相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻（pín）控（kòng）製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿（mǎn）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。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成（chéng）單元均需要時常檢查和（hé）定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速（sù）器結（jié）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運行（háng）的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻（pín）器控製永磁同步電機直接驅動，控製（zhì）方便。係統內無（wú）減（jiǎn）速器，無需額外進行維（wéi）護（hù），係統維護成本低。同時（shí），係（xì）統可實現在電機低速（sù）運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能（néng）效果明顯
綜上采用直驅永磁電（diàn）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（kūn）磨機直驅係（xì）統的優勢與球磨機（jī）直驅（qū）係（xì）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（yǒng）磁直驅（qū）電機驅動,提高了立磨效率（lǜ）。在立（lì）磨扶（fú）正軸承與壓（yā）力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷（hé）扇形模塊機構替代（dài）大直徑軸承，方（fāng）便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實（shí）際中（zhōng）具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，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（shuāng）向載荷機構與不同的放置位置，均能（néng）達到扶正與承壓的作用（yòng），並（bìng）且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請（qǐng）專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
