1、技術（shù）背景
傳統的球磨機、立磨機大都采（cǎi）用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球（qiú）磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效（xiào）率（lǜ）低（dī）、機構複雜、運（yùn）行維護工作量（liàng）大等問題。
沈（shěn）陽工（gōng）業大（dà）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（gōng）司聯合設計研發（fā）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化設（shè）計，取消（xiāo）動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載（zǎi）的需（xū）求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率（lǜ）因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強（qiáng）、係（xì）統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）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個（gè）小功率電機。模塊化電（diàn）機的控製技術可以實現降低大功率電（diàn）機的輸入電壓，但是不（bú）增加電機的輸（shū）入電（diàn）流，電機不必采用高等（děng）級絕緣。模塊化（huà）電機采用多（duō）台小功（gōng）率變（biàn）頻器聯合供電，這樣設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。每個模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製係統，大（dà）大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可（kě）以（yǐ）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（jì）研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹（gàn）個相互存在間（jiān）隙的小扇形塊，通過機械結構設計（jì），確定了一種無（wú）論球磨（mó）機轉筒是否震動或偏心，定子（zǐ）塊始終跟隨轉筒運動從而保持（chí）定（dìng）子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機（jī）械（xiè）結構設計保證定子與轉子間的間隙恒（héng）定，電機不會發生掃膛（táng）現象，因此電機的氣隙可以（yǐ）設計的比普（pǔ）通永磁直驅電機的小（xiǎo）很多，從而（ér）大幅降低電機永磁體用量（liàng），降（jiàng）低生（shēng）產成本，節約（yuē）稀土資源，節能用電量。當模塊發生（shēng）故障（zhàng）時，直接拆卸故障電機（jī），更換新的模塊電機（jī）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
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾（gǔn）輪貼合滾筒旋轉相（xiàng）當於汽車在公路行駛（shǐ），公路的起伏（fú）不影響車（chē）輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保（bǎo）證定子、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配誤差（chà）、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（yǔ）轉子間的間隙也可以做（zuò）的更小，減少永磁體用量，並且（qiě）因為隨動式結構，電機不（bú）會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電（diàn）機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒（tǒng）來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向（xiàng）外側設有（yǒu）與支（zhī）撐框（kuàng）架相連的彈性機構。彈（dàn）性機（jī）構在球磨機滾筒不（bú）偏心時（shí）處於半壓縮狀態,如（rú）果球磨機滾筒向上波動（dòng），轉筒會向（xiàng）上頂定子塊上（shàng）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向上的吸引力的同時，定（dìng）子塊上的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（zhuǎn）筒波動而進行徑（jìng）向與（yǔ）圓周方向的（de）移動，從而保證定子、轉子之間的間隙（xì）不（bú）變（biàn）。球磨機滾筒向下複（fù）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，彈性機構將上方其向（xiàng）下壓,下方定子（zǐ）塊被轉筒向下壓（yā）。
本產品彈性裝（zhuāng）置的壓力（lì）大小可（kě）調，對於不同（tóng）位（wèi）置的定子塊設置不同的（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。
本產品將永磁電機采用模塊化控（kòng）製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨（suí）動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電（diàn）機構成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉子，模塊電（diàn）機包（bāo）繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上（shàng）的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機（jī）滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於（yú）支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子（zǐ）塊之間的連接杆、彈性機構支撐架（jià），即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子（zǐ）塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的（de）電機驅動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優（yōu）勢是它有較高的效率（lǜ）和功率因數，損耗大大降低，節約了能（néng）源。永（yǒng）磁電機通過變頻器進行調速（sù），電機運行平穩，係統（tǒng）響應速度快，感應電（diàn）機則起動相對困難。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（cí）直驅，取（qǔ）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，直驅係統的傳動效率將提升至少（shǎo）20%。球磨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（dī），維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染（rǎn）。
由（yóu）於本產品電機定子采用了模（mó）塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等（děng）難度，還相當於把一個大功率電（diàn）機（jī）做成了多個小功率電機（jī）。模塊化電（diàn）機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電（diàn）機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機（jī）采用（yòng）多（duō）台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的（de）供電電壓和使用的變頻器容量，從而降（jiàng）低成本。球磨機（jī）運行在輕（qīng）載工況時,完全可以隻（zhī）運行部（bù）分模塊電機驅動（dòng）球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動（dòng）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（běn）產（chǎn）品進行了模塊化設計（jì），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（kòng）製的（de）自由度,可以利用其多電機結構和（hé）控製靈（líng）活的優勢，在發生故障時。可以直（zhí）接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘（yú）的模塊數，也可切（qiē）除故（gù）障子模塊（kuài）而控製其餘正常（cháng）子模塊（kuài）降額運行。使用本產品完全不會因電機發生（shēng）故障而影響到生產工期。
球磨（mó）機因加工（gōng）誤差、軸（zhóu）承（chéng）磨損、滾（gǔn）筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏（piān）心現象，偏心嚴重時還會造成（chéng）電機掃膛損壞電機，實際生產中（zhōng）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（gāo）電（diàn）機製（zhì）造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心（xīn）時保證定子（zǐ）與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙（xì）做的更小，減少永磁體用量（liàng），電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結（jié）構在偏心時能繼續正常工作（zuò），檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降（jiàng）低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動（dòng）式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直（zhí）驅（qū）對比於傳統感應電機的優點( 1）變（biàn）頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢（màn）。永磁同步電（diàn）機采用變頻調速，適應（yīng）工（gōng）況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾（niǎn）高（gāo）度外，還增加了速度調節以快速適應係（xì）統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳（chuán）統係統因三相（xiàng）感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的（de）低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的（de）衝擊，需增加軟起動裝置。三相感（gǎn）應電機起動後，通過（guò）減（jiǎn）速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成（chéng）複雜，係統運行的輔助設（shè）備很多。直驅係統由變頻控製（zhì）係統（tǒng）控製永（yǒng）磁同步電機起動，轉矩特（tè）性滿足（zú）需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設（shè）定
傳統係統（tǒng）先由低速盤車係（xì）統起動，待三相感應電機（jī）達到（dào）起動條件後，軟起動裝置起動三（sān）相感（gǎn）應電機，係統運行。係統控製複雜，低速（sù）無法實（shí）現過（guò）載輸出。在低速過程需要盤車係統，將（jiāng）轉速提高到三相（xiàng）感（gǎn）應電機（jī）起動條件。直驅係（xì）統直接變頻低速起動，係（xì）統直接（jiē）運行，係統控製簡單（dān）。變頻控製（zhì）起動過程可根據實際工況進行調整，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。
(4）無減速器，維護（hù）成本更低（dī）,維護次數少（shǎo）
係統各構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雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無（wú）法（fǎ）實現在低速（sù）運行（háng）的（de）情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接（jiē）驅（qū）動，控（kòng）製方便。係統內無減速（sù）器，無需（xū）額外（wài）進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運（yùn）行情況下進行係統（tǒng）維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永（yǒng）磁電機取代傳（chuán）統驅動（dòng）係統年節（jiē）電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立（lì）式（shì）鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一（yī）—贅述（shù）。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采（cǎi）用（yòng）永磁直（zhí）驅電機驅動,提高了立磨（mó）效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通（tōng）過設計（jì）一種雙向載荷扇形模塊機構（gòu）替代大直（zhí）徑（jìng）軸承，方便加工（gōng）、生產（chǎn）、運輸、裝配、維修，並降低成本,在（zài）工程實際中具有很強的實用型。
針對（duì）大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁（cí）電機，代替傳統的減速（sù）機與三相異步電（diàn）動機，永磁（cí）直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均（jun1）能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（kuàng）用（yòng）球磨機（jī） 
