1、技術背景
傳統的（de）球磨機、立磨機（jī）大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行（háng）驅（qū）動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與（yǔ）控製技術研究所與河（hé）南91视频网機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直（zhí）驅電機,通過將（jiāng）電動機與機（jī）械結（jié）構進行機電一體化設計，取消動力（lì）傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直（zhí）接滿足荷載的需求，省去（qù）傳統磨機的減速（sù）機，顯著提高了電機的效（xiào）率與功率因數，具有節能、起動轉矩（jǔ）大、過載能力強、係統免維護（hù）、自動化程度高等優點。
在控製（zhì）方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）低了加工、製（zhì）造、運輸等難度，還相當於把一個大功率電機（jī）做成了多個（gè）小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的控製（zhì）技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但（dàn）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（huà）電機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電，這（zhè）樣設計降低了電機的供電電（diàn）壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控（kòng）製係統，大大提升了（le）電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可（kě）以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電（diàn）機的定子采用（yòng）了一種自主設計研發（fā）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（jī）械結構設（shè）計，確定了一種無（wú）論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持（chí）定子與轉子間隙（xì）恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子（zǐ）間（jiān）的（de）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，節約稀（xī）土資源，節能用電量。當模塊發生（shēng）故障時，直接拆卸故（gù）障（zhàng）電機（jī），更換新的模塊（kuài）電（diàn）機即可正常運行（háng）。使（shǐ）用本產品完全不會因電機（jī）發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專（zhuān）用隨動式（shì）永磁（cí）直驅（qū）電機概述
本產品的隨動式定子（zǐ）結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車（chē）。滾（gǔn）輪貼合滾筒（tǒng）旋轉（zhuǎn）相當（dāng）於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵（miàn）貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與（yǔ）轉子間（jiān）的間（jiān）隙（xì）也可以做的（de）更小，減少（shǎo）永磁體用量，並且因為隨動式結構，電（diàn）機不會發（fā）生掃膛現象。
本產品電機的（de）定子為隨動式結構,基於（yú）模塊（kuài）化永磁直驅電機，采用獨立的扇形（xíng）定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝（zhuāng）滾輪且滾輪貼合滾筒來（lái）確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向（xiàng）外側設有與支（zhī）撐（chēng）框架相連的彈性（xìng）機（jī）構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮（suō）狀態,如果球磨機滾筒向（xiàng）上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定（dìng）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，定子（zǐ）塊上的彈性機構將其向上（shàng）頂，保證下方定（dìng）子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向（xiàng）的（de）移動，從而保證（zhèng）定子、轉子之間（jiān）的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波（bō）動，則（zé）上方定子塊在（zài）受到永（yǒng）磁體對（duì）其向下的吸引力（lì）的同時，彈性機構將上方（fāng）其向下壓,下方定子塊被轉筒（tǒng）向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對（duì）於不同位置的定子塊設置不同（tóng）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（tǒng）磨損較快。
本產品（pǐn）將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計（jì）采用不同個數（shù）的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整（zhěng）圓電（diàn）機由多台模塊電機（jī）構成,多台模塊電機共用同（tóng）一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球（qiú）磨（mó）機（jī）滾筒上。相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周方向（xiàng）的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產（chǎn）品的隨（suí）動（dòng）式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需（xū）要沿球磨機（jī）的徑（jìng）向依次拆卸密封外殼、彈（dàn）性機構、彈性機構與（yǔ）定子（zǐ）塊之（zhī）間的連接杆（gǎn）、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進（jìn）行檢（jiǎn）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（xì）統的優點
現階段大多（duō）數的球磨機仍采用（yòng）三（sān）相感應電動機、聯軸器、減速裝置以（yǐ）及齒輪（lún）結構進行驅動。永磁同步（bù）電機與感（gǎn）應（yīng）電機相比優勢是它有較高的效率和功率因（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（kùn）難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛（fàn）的原因。
采用永磁直驅，取消了中間（jiān）的減速機（jī）、聯軸器、及齒輪（lún）的傳動環節，縮短係統（tǒng）的（de）傳動鏈（liàn），直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球（qiú）磨機直（zhí）驅係統的傳動效率不（bú）僅得到大（dà）幅提（tí）升，而且直驅（qū）係統的故障率低，維（wéi）護檢修方（fāng）便，還避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（mó）塊化設計，不僅降低了加工（gōng），製造，運輸等（děng）難度，還相當於把一個大功率電機做成（chéng）了多（duō）個（gè）小功率電機。模塊化電機的（de）控（kòng）製（zhì）技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必（bì）采（cǎi）用高等級絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯（lián）合供電。這樣（yàng）設（shè）計降低了電機的供電電壓和（hé）使用的變頻器（qì）容（róng）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（jī）驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加（jiā），平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常（cháng）運行。而本產（chǎn）品進行了模（mó）塊化設計，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（zì）由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直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（yǒu）冗餘的（de）模塊數，也可切除故障子模塊（kuài）而（ér）控製其餘正常子模塊降額運（yùn）行。使（shǐ）用本產（chǎn）品完全不會因電機發（fā）生故障而影響到生產（chǎn）工期。
球（qiú）磨機因加工誤差、軸（zhóu）承（chéng）磨損、滾筒形變或重（chóng）載產（chǎn）生震動等因素會發生轉子偏心（xīn）現象，偏心嚴重時（shí）還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通（tōng）過增加氣隙大（dà）小來（lái）預防掃膛，而氣隙增大會導致（zhì）永磁體用量（liàng）增加，提高電機製造成本。隨動式定子結（jié）構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定（dìng）子與轉子之間的間隙恒定，可（kě）將氣隙做（zuò）的更小，減少永磁（cí）體用量，電（diàn）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（xù）正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複（fù）雜，降低檢修次數就（jiù）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（shù）
1、立（lì）磨（mó）直（zhí）驅對比於傳統感應電（diàn）機的優點( 1）變頻調速控製，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（gǎi）變係（xì）統工作環（huán）境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用（yòng）變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨（mó）輾（niǎn）高度外，還增加了速度調節以（yǐ）快速適應係統工作環境，係統反應速（sù）度（dù）更快。
(2）係統簡單,可靠性高（gāo）
傳（chuán）統係統因三相（xiàng）感應電機無（wú）法在（zài）低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車（chē）係統滿足立磨的低（dī）速起動。為保證在電機起動（dòng）過（guò）程不對電（diàn）網造成（chéng）過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減（jiǎn）速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設（shè）備很多（duō）。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係（xì）統和減速器，輔助係統少，結構簡單（dān）。
(3）變頻器軟起（qǐ）動，起動過程隨意設定
傳統係（xì）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（xì）統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況（kuàng）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（chē）係統。
(4）無減速器，維護成本更（gèng）低,維（wéi）護次數少
係統各（gè）構成（chéng）單元均需要時常檢（jiǎn）查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立（lì）磨減速器結構複雜需（xū）要經常維護，維護（hù）成本（běn）費用高。同時係統無法實現在低速（sù）運行的情（qíng）況下進行係統維護。直驅係（xì）統構成單元簡單，變頻器控製永磁同（tóng）步電機（jī）直接驅動，控製（zhì）方（fāng）便（biàn）。係（xì）統內無減速（sù）器，無需額外進（jìn）行維護（hù），係統維護成本低。同（tóng）時，係統可實現在電機低速運行情況（kuàng）下進行係統維護（hù）。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采（cǎi）用直驅永磁電機取（qǔ）代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元/kWh）立式鯤（kūn）磨機直驅（qū）係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直（zhí）驅立磨結構示意圖
本新型立磨（mó）結構采用永磁直驅電機驅（qū）動,提高了立磨效率。在（zài）立（lì）磨扶正軸（zhóu）承與壓力軸承（chéng）上進行突破，通過設計一種雙（shuāng）向載荷扇形模塊機構替代大直（zhí）徑軸承，方便加（jiā）工、生產、運輸、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（bú）同尺寸的（de）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向載荷機構與不同的放置位置，均能達（dá）到扶正與承壓（yā）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 
