1、技術背景
傳統（tǒng）的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機（jī）、聯軸（zhóu）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（shěn）陽（yáng）工業大學電機與控製技（jì）術研究（jiū）所與河（hé）南91视频网機（jī）電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機（jī）采用永磁（cí）直驅電機,通過（guò）將電動（dòng）機與機械結構進行機電一體化設計，取消（xiāo）動（dòng）力傳輸（shū）的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨（mó）機的（de）減速機，顯著提（tí）高了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（tǒng）免維護、自動化程度（dù）高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采（cǎi）用了模塊化設計（jì），不僅降（jiàng）低了（le）加工（gōng）、製造、運（yùn）輸等難度，還相當於把一個大功率電（diàn）機做（zuò）成了多個小功率電機。模塊化電機（jī）的（de）控製（zhì）技術可以實現降低大功率電機的輸入電（diàn）壓，但是不（bú）增加電機的輸入電流（liú），電機不必采用高等級（jí）絕緣。模塊化電機采用多台小功率（lǜ）變頻器聯合供電，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（mó）塊電機都（dōu）具（jù）有一套獨立的控製係（xì）統，大大提升了（le）電機控製的自由度，球（qiú）磨（mó）機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機驅動球磨機。
在結構（gòu）方麵，本產品電機的定（dìng）子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹（gàn）個相互存在間隙的（de）小（xiǎo）扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或（huò）偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持（chí）定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定（dìng）子與轉子間（jiān）的間隙恒（héng）定，電機不會發生掃膛現象，因此電機（jī）的氣隙可以設計的比普（pǔ）通永磁直驅電機的（de）小很多，從而（ér）大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電（diàn）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生（shēng）故障而（ér）影響到生產（chǎn）工期（qī）。
2、球磨機專用隨動（dòng）式永磁直（zhí）驅電（diàn）機概（gài）述
本產品的（de）隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定（dìng）子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相（xiàng）當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不（bú）影響滾（gǔn）輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配誤差、軸（zhóu）承磨損（sǔn）、滾（gǔn）筒形變、重載（zǎi）震動等原因造成電機偏（piān）心、氣隙不均勻時（shí），仍能正常運轉（zhuǎn），保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修（xiū）。同時電機定子與轉子間的間（jiān）隙也可以做的更小，減少永磁（cí）體用量，並且因（yīn）為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品（pǐn）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（gòu），其隨動原理是在定子塊的（de）軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子（zǐ）間的間隙，定子塊徑向外側設（shè）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（dìng）子塊向上移動（dòng），上方彈性機構繼（jì）續（xù）壓縮;下方定子塊在（zài）受到永磁體對其向上的（de）吸引力的同時，定子塊（kuài）上的彈性（xìng）機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪（lún）依然貼合轉筒外表麵，使（shǐ）定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方（fāng）向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不（bú）變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波（bō）動，則上（shàng）方定子塊在受到永磁體（tǐ）對其向下（xià）的吸引力的同（tóng）時，彈性機構將上方其向下壓（yā）,下方定子（zǐ）塊（kuài）被轉筒向下（xià）壓。
本產品彈性裝（zhuāng）置的壓力大小（xiǎo）可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力（lì）,避免因彈性裝置設置的壓力過大造（zào）成滾輪或轉筒磨損較（jiào）快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個（gè）數的隨動式定子塊（kuài）構成一台模塊電機，一台整圓（yuán）電（diàn）機由多台模塊電機構（gòu）成（chéng）,多台模塊電機共用同一個轉（zhuǎn）子，模塊電（diàn）機包（bāo）繞式安裝（zhuāng）在球（qiú）磨（mó）機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位（wèi）。球磨機滾筒的法蘭（lán）處（chù）銜接T型支撐板,用於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、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，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（tì）傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階（jiē）段大多數的球磨機（jī）仍采用三相感應電（diàn）動機、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結（jié）構進行驅動。永磁同步電機與感應電（diàn）機相比優勢是（shì）它有較高的效率和（hé）功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁（cí）電機通過變頻器（qì）進行調速，電機運行平穩，係統響應（yīng）速度（dù）快（kuài），感應電機則起動相對困難。這些（xiē）也是近（jìn）年來永磁電機（jī）應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動（dòng）環節，縮（suō）短係統的傳動鏈（liàn），直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機（jī）直驅係統（tǒng）的傳動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（jiǎn）修方便，還避免了傳統設備因漏油（yóu）造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難（nán）度，還相當於把一個大功率電機（jī）做成了多個小功率電機。模（mó）塊（kuài）化電機的（de）控製（zhì）技術可（kě）以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模（mó）塊化電機采用多台（tái）小（xiǎo）功率變頻器聯合供電。這樣（yàng）設計降低了電（diàn）機的供電電（diàn）壓和（hé）使（shǐ）用的變頻器容量（liàng），從而降低成本（běn）。球（qiú）磨機運行（háng）在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動球（qiú）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，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正（zhèng）常運（yùn）行。而本產品進行了模塊化設（shè）計，每個模塊電機（jī）都具有一套（tào）獨立的控製係統，大大（dà）提（tí）升了電機控製的自由（yóu）度,可以（yǐ）利用其多電機結構和（hé）控製（zhì）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（jí）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控製其（qí）餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機（jī）因加工（gōng）誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變（biàn）或（huò）重載產生震動（dòng）等因素會發生轉子偏心（xīn）現象（xiàng），偏心嚴重時還會造成電機掃膛（táng）損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小（xiǎo）來預防掃膛，而氣隙增大（dà）會導致永磁體用量（liàng）增（zēng）加，提高電機製造成本。隨動（dòng）式定子結構的模塊（kuài）電機，能在轉筒偏（piān）心時保證定子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正常工作，檢修次數更少，工作（zuò）時間更長，大（dà）體積球磨（mó）機（jī）檢修複雜，降低檢修（xiū）次數就（jiù）是（shì）提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直（zhí）驅立磨技（jì）術
1、立磨直（zhí）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（kuàng）多樣性
傳統立磨（mó）速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整（zhěng）磨鞮（dī）高度來改變係統工作環境，係統反（fǎn）應速度慢（màn）。永磁同步電（diàn）機采用變頻調速，適（shì）應工況能力強。遇到突發事件（jiàn），除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係（xì）統反應速度更快。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需（xū）要額外的（de）盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過（guò）程不對電網造（zào）成過大（dà）的衝擊，需增加軟起動裝置。三（sān）相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係（xì）統運行的（de）輔助設備很多。直驅係統由（yóu）變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特（tè）性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少（shǎo），結構（gòu）簡單（dān）。
(3）變頻器軟起動，起動過程（chéng）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（zhuāng）置起動三相感應（yīng）電機，係統運行。係統控製（zhì）複雜，低速無法實現過載輸出。在（zài）低速過程需要盤車係統，將轉速（sù）提（tí）高到三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（kòng）製簡單。變頻控製起動過程可根（gēn）據實際工（gōng）況進行調整，以滿足各種工況的需求（qiú）。低速（sù）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（xì）統各構成單元均需要時（shí）常（cháng）檢（jiǎn）查和定期維護，傳統係統構成（chéng）單元多。同時立磨減（jiǎn）速（sù）器結構複（fù）雜需（xū）要經常維護，維護成本費用高。同時係統（tǒng）無法實現在（zài）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，變頻器控（kòng）製永磁同步電機直接驅動（dòng），控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實（shí）現在電機低速（sù）運行情（qíng）況下（xià）進（jìn）行係統維（wéi）護。
(5）傳動（dòng）效（xiào）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（lì）式鯤磨機直驅係（xì）統（tǒng）的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不（bú）再一—贅述。
2、永（yǒng）磁直（zhí）驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁（cí）直驅電機驅動,提（tí）高了立磨效率。在立磨扶（fú）正軸承與壓力軸承上進（jìn）行突破，通過設（shè）計一種雙向載荷（hé）扇形模塊機構替代大直（zhí）徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配（pèi）、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大（dà）、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向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓（yā）的作用，並且方便製造、裝（zhuāng）配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
