1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都（dōu）采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及（jí）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（tí）。
沈陽工業大學（xué）電機與控製技術研究（jiū）所與河南（nán）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（cǎi）用（yòng）永磁（cí）直驅電（diàn）機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動（dòng）力（lì）傳輸的中間環節，做成直驅方（fāng）案，能（néng）直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的（de）減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩（jǔ）大、過載能力強、係統免維護、自動化（huà）程度（dù）高等優（yōu）點（diǎn）。
在控製方（fāng）麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低（dī）了加工、製造、運輸等難度，還相當於把一個（gè）大功率電機做（zuò）成了多個（gè）小功率電機。模塊化（huà）電機的控製技術可（kě）以實現降低大功率電機的（de）輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化（huà）電機采用多台（tái）小功率（lǜ）變頻（pín）器聯合供電，這樣（yàng）設計降（jiàng）低了電機的（de）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，大大提升了電機控製的（de）自由度，球磨（mó）機運行在輕載（zǎi）工況時，完全（quán）可以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（zǐ）采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定（dìng）子分成若幹個相互存在間隙的小（xiǎo）扇形塊，通過機械結構設計，確定（dìng）了一種無論（lùn）球磨機轉筒（tǒng）是否震（zhèn）動（dòng）或偏心，定（dìng）子塊始（shǐ）終跟隨轉筒運動從而保持定子（zǐ）與轉子間（jiān）隙恒定的結構。本產品通（tōng）過（guò）機械結構設計保證（zhèng）定子與轉子（zǐ）間的（de）間隙恒定，電機不會發生掃膛現象（xiàng），因此電機的（de）氣隙（xì）可以（yǐ）設計的比普通永磁直驅電（diàn）機的小很多，從（cóng）而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（néng）用電（diàn）量。當模塊發生（shēng）故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本（běn）產品完全不會因電機發生故障而影（yǐng）響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直（zhí）驅電機概述
本（běn）產品的隨動式定子結（jié）構（gòu）構成一種“小車（chē）結構”，滾筒（tǒng）就像（xiàng）公路，定子塊就像汽（qì）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）不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏（piān）心浮動（dòng）不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉（zhuǎn）子間隙恒定（dìng），在球（qiú）磨機因裝配誤差、軸承（chéng）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（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。同時電機定子與轉（zhuǎn）子間的間隙也（yě）可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機（jī）不會發生（shēng）掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構（gòu）,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軸向兩側安裝滾輪（lún）且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設（shè）有與支撐框架相連的彈（dàn）性（xìng）機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於（yú）半（bàn）壓縮狀態,如果球（qiú）磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子（zǐ）塊上安裝的滾（gǔn）輪（lún），進而帶動定子（zǐ）塊向上移動，上方彈（dàn）性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向（xiàng）上的（de）吸引力的同時，定子塊上的彈性機構（gòu）將（jiāng）其向（xiàng）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（jiān）隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方（fāng）定子塊在受到永磁體對其向（xiàng）下的吸（xī）引力的同時，彈性機（jī）構將上方其向下壓,下方定子塊被（bèi）轉筒向（xiàng）下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置（zhì）的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置（zhì）設置的（de）壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品（pǐn）將永磁電機采用模（mó）塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子（zǐ）塊構（gòu）成一台模塊電機，一台整圓電機由（yóu）多台模塊電機構成（chéng）,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包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（zài）支撐框（kuàng）架上的擋（dǎng）板來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型支撐板,用於支撐（chēng）安裝（zhuāng）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（qiú）磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性（xìng）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（dài）替傳統磨機的（de）電機驅（qū）動係統的優點
現（xiàn）階段大多數的球磨機仍采用三（sān）相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁（cí）同步電機與感應電（diàn）機相比優（yōu）勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約（yuē）了能源。永磁電機通（tōng）過變頻器進行（háng）調（diào）速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電（diàn）機則起動相（xiàng）對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了（le）中間的減速機、聯軸器、及齒輪（lún）的傳動（dòng）環節，縮短係統（tǒng）的傳動鏈（liàn），直（zhí）驅（qū）係統的傳動（dòng）效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而（ér）且直驅係統的故（gù）障率低，維護檢修方便，還避免了傳統（tǒng）設備因漏（lòu）油（yóu）造成環境汙染（rǎn）。
由於本產品（pǐn）電機定子采用了模（mó）塊化（huà）設計，不（bú）僅降低了加工，製造，運（yùn）輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了（le）多個小功率電機。模塊化電機（jī）的（de）控（kòng）製技術（shù）可以實現（xiàn）降低大功率電機（jī）的輸入電壓，但是不增加電（diàn）機的輸入電流，電機不必采（cǎi）用（yòng）高等級絕緣，模塊化電機采用多（duō）台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電。這樣設計降（jiàng）低了電機的供電電壓和使用的變頻（pín）器容量，從而降低成本。球磨（mó）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（qiú）磨機。
傳統（tǒng）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（jǔ）波動顯著增加（jiā），無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套（tào）獨立（lì）的控製係統，大大提升了電機控製的自由（yóu）度,可以利（lì）用（yòng）其多電機結構和控製靈活的（de）優勢，在（zài）發生故障時。可以直接拆（chāi）卸故障電機（jī）更換新的模塊電（diàn）機（jī）即可正常運行。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（kuài）降額運行。使用本產（chǎn）品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤（wù）差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變或重載產生（shēng）震動等因素會發生轉子偏心（xīn）現（xiàn）象（xiàng），偏心嚴（yán）重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大（dà）小來預防掃膛，而氣隙增（zēng）大會導致永磁體用量增加（jiā），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子與轉子之間的間隙恒定，可（kě）將氣隙做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動（dòng）式（shì）定子結構在偏（piān）心時能繼續正常工作，檢修（xiū）次（cì）數（shù）更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修（xiū）複雜，降低檢修次數就是提高生產（chǎn）效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳（chuán）統感（gǎn）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，工況（kuàng）適應能力差。遇（yù）到突發事件（jiàn），調（diào）整磨鞮高（gāo）度來改（gǎi）變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨（mó）輾高度外，還增加了速度調（diào）節以快速適應係統工作環（huán）境，係統（tǒng）反應速度更快。
(2）係（xì）統簡單（dān）,可靠性高
傳（chuán）統係統因三相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低速起動。為保證在電機起動過程不對電（diàn）網造成過大的（de）衝擊，需增（zēng）加軟起動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動後，通過減（jiǎn）速器滿足係（xì）統（tǒng）轉（zhuǎn）矩需要，整個係統構成複雜，係（xì）統運行的輔助設備很多（duō）。直驅係統（tǒng）由變頻控製係（xì）統控製永磁（cí）同步電機起動，轉矩特性（xìng）滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單（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（pán）車係統起動，待三（sān）相感應電機達到起（qǐ）動條件後（hòu），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（dī）速（sù）過程需要盤（pán）車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條（tiáo）件。直（zhí）驅係統（tǒng）直接變頻低速起動，係統直接運行，係（xì）統（tǒng）控製簡單。變（biàn）頻控製起動過程可根（gēn）據實際工況進行調（diào）整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿（mǎn）足起動需要，取代盤車係統。
(4）無（wú）減速器，維護成本更低,維護（hù）次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統（tǒng）構成單元多（duō）。同（tóng）時立磨減速器結構複雜（zá）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的情（qíng）況下進（jìn）行係統維護。直驅（qū）係統構成單元簡單，變頻器控製永磁（cí）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（tǒng）可實現在電機低速運（yùn）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（jī）取代傳統驅動係統年節電量（liàng）達（dá）181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的（de）優勢與球（qiú）磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨（mó）結構（gòu）示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅（qū）動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載（zǎi）荷扇形模（mó）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（diàn）機，代替傳統的減速機與三相（xiàng）異步電動機，永磁直（zhí）驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置（zhì），均能達（dá）到扶正與承壓的作用，並（bìng）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 
