1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機（jī）、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動，導（dǎo）致球磨機的傳動係（xì）統存在機械傳動鏈冗長（zhǎng）、效（xiào）率（lǜ）低、機構複雜、運行維（wéi）護工（gōng）作量大等問題。
沈陽工業大學電（diàn）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（hé）設（shè）計研發的球（qiú）磨機、立磨機采（cǎi）用（yòng）永磁直驅電機,通（tōng）過將電動機與機（jī）械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中（zhōng）間環節，做成直驅（qū）方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統（tǒng）磨機的減（jiǎn）速機，顯著提（tí）高（gāo）了電機的效率與功率因數，具有節能、起（qǐ）動轉矩大、過（guò）載能（néng）力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產（chǎn）品電機定子采用了（le）模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個大功率電（diàn）機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電（diàn）機的輸入電流，電機不必采用高等級（jí）絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，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（cóng）而降低成本（běn）。每個模塊電機都具（jù）有一套獨立的控（kòng）製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況（kuàng）時，完（wán）全可以隻運行部分（fèn）模塊（kuài）電機驅動球磨機。
在（zài）結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主（zhǔ）設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若（ruò）幹個相互存在（zài）間隙的小扇形塊，通過（guò）機械結構設計，確定（dìng）了一種無（wú）論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始（shǐ）終跟隨轉筒運動從而保持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，因此電機的氣隙可以（yǐ）設計的（de）比普通永磁直（zhí）驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體（tǐ）用量，降低生產成本，節約（yuē）稀土資源，節能用電量。當模（mó）塊發生故障時，直（zhí）接拆卸故障電（diàn）機，更換新的（de）模塊電機即（jí）可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障（zhàng）而影（yǐng）響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅（qū）電機概述
本產品的（de）隨動式定子結（jié）構（gòu）構成一種“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於汽車在公路行駛，公路的起（qǐ）伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合（hé）滾筒，保證定子、轉（zhuǎn）子（zǐ）間隙恒定，在球磨機因裝（zhuāng）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（xì）不（bú）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（shí）電機定子（zǐ）與轉子間的間隙也可以做（zuò）的更小（xiǎo），減少永磁體用量，並且因（yīn）為隨動式結構，電機不會發（fā）生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化（huà）永磁直驅電機，采用（yòng）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（ān）裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間（jiān）的間隙，定子塊徑向（xiàng）外側設有（yǒu）與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒（tǒng）不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝（zhuāng）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（dìng）子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同（tóng）時，定子塊上的彈（dàn）性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間（jiān）的間隙（xì）不變。球磨（mó）機滾筒向下複（fù）位或繼續向下波動，則上方定子（zǐ）塊在受到永（yǒng）磁體對其向下的吸引力的同時（shí），彈性機構將（jiāng）上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本（běn）產品彈性裝置（zhì）的壓（yā）力大小可調，對於不同位置（zhì）的定子塊設置不同的壓力,避（bì）免（miǎn）因彈性裝置設（shè）置的（de）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（gēn）據不同功率的電機設計（jì）采用不同個數的隨動（dòng）式定子塊構成一台模塊電（diàn）機，一台整圓電（diàn）機由多台模塊電機構成,多（duō）台模塊（kuài）電機共（gòng）用同一個（gè）轉子，模塊電機（jī）包繞（rào）式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間（jiān）設（shè）有固定在支撐框架上的擋（dǎng）板來（lái）對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型（xíng）支撐板,用於支撐（chēng）安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產（chǎn）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（jī）構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐（chēng）架，即可將定（dìng）子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采（cǎi）用本產品代（dài）替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍（réng）采用三相感應（yīng）電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以（yǐ）及齒輪結構進行驅動。永磁同步電（diàn）機（jī）與感應電機（jī）相比優勢（shì）是它有較高的效率和功率因數，損耗大（dà）大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調（diào）速，電（diàn）機運行平（píng）穩，係統（tǒng）響應速度快，感應電機則起動相對（duì）困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因（yīn）。
采用（yòng）永磁直驅，取（qǔ）消了中間的減速（sù）機、聯軸器、及齒輪（lún）的傳動環節，縮短係統的傳動（dòng）鏈，直（zhí）驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統（tǒng）的傳（chuán）動（dòng）效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故（gù）障率低，維護檢修方便（biàn），還避（bì）免了傳統設備因漏油造（zào）成環境汙染。
由於本（běn）產品電機定子采用了模塊化（huà）設計，不僅降低了加工，製（zhì）造，運輸等難度，還相當於把（bǎ）一個大功率電（diàn）機做成了多（duō）個小功率電機。模（mó）塊化電機的控（kòng）製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電（diàn）機不必采用高等級絕緣，模塊化電（diàn）機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設（shè）計（jì）降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而（ér）降低成（chéng）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。
傳統電機故障時（shí），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（jǔ）波動顯著增（zēng）加，無法繼續正常運行。而本產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，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機（jī）結構和控製靈活的優勢，在發生故（gù）障（zhàng）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（kuài）化電機具有冗餘的模塊數，也可切除（chú）故障子模（mó）塊而控製其餘正常子模塊降（jiàng）額運行。使用本產品完全不會因電（diàn）機發生故障而影響到生（shēng）產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產（chǎn）生（shēng）震動等因素會發生轉（zhuǎn）子偏（piān）心現象，偏心（xīn）嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常（cháng）通過增加（jiā）氣隙大小來預防（fáng）掃膛，而（ér）氣隙增大會導致永磁體用（yòng）量增加，提高（gāo）電機製造成本。隨動（dòng）式定子結構的模塊（kuài）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，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電（diàn）機不會發生掃（sǎo）膛現象，同時因（yīn）為該隨動式定子結構在偏心時能繼（jì）續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複（fù）雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機（jī）裝配（pèi）示意（yì）圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直（zhí）驅對比於傳（chuán）統感應電機的優點( 1）變頻調速（sù）控製，實現負載工況多樣性（xìng）
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突（tū）發事件，調整（zhěng）磨鞮高度來改（gǎi）變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電（diàn）機（jī）采用變頻調速，適（shì）應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統（tǒng）工作環境，係統反應（yīng）速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感（gǎn）應電機無法在低速實現大轉矩輸出（chū），需要額外的（de）盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證（zhèng）在電機（jī）起動過程不對電網造（zào）成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要（yào），整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統（tǒng）控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，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，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係（xì）統起動，待三相感應電機達到起（qǐ）動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運（yùn）行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在（zài）低速過程需要盤（pán）車係統，將轉速提高到三相感應電機起動（dòng）條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運（yùn）行，係統控製簡單。變頻控製（zhì）起動過（guò）程（chéng）可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況（kuàng）的需求。低速可過載輸出，滿（mǎn）足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護（hù）成本更低,維（wéi）護次數少
係統各（gè）構成單元均需要時常檢查和定（dìng）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（cháng）維護，維護成本費用高。同（tóng）時係統無法實現在低速運行（háng）的情況下進行係統維護。直（zhí）驅係統構成單元簡單（dān），變頻器控製永磁同步電機直接（jiē）驅動，控製方便。係統內無減速器，無（wú）需額外進行維護，係統維護成本低（dī）。同時，係統可實現（xiàn）在（zài）電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁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（jī）直驅係統的優勢與球磨（mó）機直驅係（xì）統（tǒng）相同，這裏不再（zài）一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖（tú）
本新型立磨結構采用永（yǒng）磁直驅電機驅動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正軸（zhóu）承與壓力軸承上進行突破，通（tōng）過設（shè）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，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用（yòng）型。
針對大、中、小型不同（tóng）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（diàn）動（dòng）機，永磁直驅（qū）電機具有雙（shuāng）向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作（zuò）用，並（bìng）且（qiě）方便製造、裝（zhuāng）配維護，節省成本。均已申請（qǐng）專 利（lì）。
永磁直（zhí）驅礦用球磨機 
