1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構（gòu）進行驅（qū）動，導致球（qiú）磨機的傳（chuán）動係統存在機械傳動鏈冗（rǒng）長、效率低、機構（gòu）複雜（zá）、運行維護工作量大等問題。
沈陽（yáng）工業大學電機與控（kòng）製技（jì）術研究所（suǒ）與河南（nán）91视频网機電設備有限公（gōng）司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與（yǔ）機械結構進行機電一體（tǐ）化設計，取消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（jī）的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等（děng）優點。
在控製方麵,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（děng）難度，還相當於把一個大功率電機（jī）做（zuò）成了多個小（xiǎo）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機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機的輸（shū）入電流，電機不必采用高等級絕緣。模（mó）塊化電機（jī）采用多台小（xiǎo）功率（lǜ）變頻器聯合（hé）供（gòng）電（diàn），這樣設計降低（dī）了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成（chéng）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自由度，球磨機（jī）運行在輕載（zǎi）工（gōng）況時，完全（quán）可以隻運（yùn）行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定（dìng）子采（cǎi）用了一種自主設計研發（fā）的隨動式結構，將（jiāng）整圓的定（dìng）子分成若（ruò）幹個（gè）相互存（cún）在間隙的小扇形塊，通過機械結構設（shè）計，確定了一種無論球磨機轉筒（tǒng）是否震動或偏（piān）心，定子塊始終跟隨轉筒（tǒng）運動（dòng）從而保持定子與轉（zhuǎn）子間隙恒定的結構。本產品通過（guò）機械結構設計保證（zhèng）定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃（sǎo）膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比（bǐ）普通永磁直驅電機（jī）的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降（jiàng）低（dī）生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故（gù）障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊（kuài）電（diàn）機即可正常運（yùn）行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工（gōng）期。
2、球磨機專用隨（suí）動式永（yǒng）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）輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在（zài）公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼（tiē）合，即滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子（zǐ）、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差（chà）、軸承磨（mó）損、滾筒形變、重載震（zhèn）動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時（shí），仍能正（zhèng）常運轉，保證磨（mó）機始終運行（háng）在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子（zǐ）與轉子間的間隙也可以做的更（gèng）小，減少永磁（cí）體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現（xiàn）象。
本產品電機的定子為隨動（dòng）式結構,基於模塊化永（yǒng）磁直驅電機，采用（yòng）獨（dú）立（lì）的扇形定子塊（kuài）結構，其隨動原理是（shì）在定（dìng）子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪（lún）貼合滾筒來確定定（dìng）子與轉子間的間隙（xì），定子塊徑向外側（cè）設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨（mó）機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態（tài）,如果球磨機滾筒向上（shàng）波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而（ér）帶動（dòng）定子塊向上移動（dòng），上方（fāng）彈性機（jī）構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上（shàng）的吸引力的同時，定（dìng）子塊上的（de）彈性機構將其向（xiàng）上頂，保證下方定（dìng）子塊的滾輪依然（rán）貼（tiē）合轉（zhuǎn）筒外表麵（miàn），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（bǎo）證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向（xiàng）下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體（tǐ）對其向下（xià）的吸引力的（de）同時（shí），彈性機構將上方其（qí）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，對於不同位置的（de）定子（zǐ）塊設置不同的壓（yā）力,避免因彈性裝置設（shè）置的壓力過大造（zào）成（chéng）滾（gǔn）輪（lún）或轉筒磨損較快。
本（běn）產品將永磁電（diàn）機采用模塊化（huà）控製，根據（jù）不同功率的電機設計采用不（bú）同個數的隨（suí）動式定子塊構成一台模塊電機，一台（tái）整圓電（diàn）機由多台模塊電（diàn）機構成,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支撐框架上的（de）擋（dǎng）板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾（gǔn）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。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需（xū）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（zhī）間的連接杆、彈（dàn）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）替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現（xiàn）階段大多數的球磨（mó）機仍采用三（sān）相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結（jié）構進（jìn）行驅動。永磁同步電機（jī）與感應電機相比優勢是它有較高的效（xiào）率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行（háng）調速，電機運行平穩，係統（tǒng）響應速（sù）度快（kuài），感應電機則起（qǐ）動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越（yuè）廣泛的（de）原因。
采用永磁直驅，取消了中（zhōng）間的減（jiǎn）速機、聯（lián）軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係（xì）統的傳動鏈，直（zhí）驅係統的傳動效率將提升至少20%。球（qiú）磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升（shēng），而且直驅係統（tǒng）的故障率低，維護檢（jiǎn）修方便，還避免了傳統設（shè）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塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個（gè）大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的（de）控製技術可以實現（xiàn）降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的輸（shū）入（rù）電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊（kuài）化電機采用多台小功率變頻器聯合供（gòng）電。這樣設計降低（dī）了電機的（de）供電電壓和使用的（de）變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全（quán）可以（yǐ）隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳（chuán）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（liàng）增加，平（píng）均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法（fǎ）繼續（xù）正常運行。而本產品進行了模塊化設計，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,可以利用其多電機結構和控製靈（líng）活的優勢，在發生故障時。可以直接拆（chāi）卸故障電機更換新的模（mó）塊電機即可正常運行。模塊化電機具有（yǒu）冗餘的模塊數，也可切除（chú）故障子模塊而（ér）控（kòng）製（zhì）其餘正（zhèng）常子（zǐ）模塊降額運行。使用本（běn）產品完（wán）全不會（huì）因電機發生故障而影響（xiǎng）到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子（zǐ）偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常（cháng）常通過增加氣隙大小來預（yù）防掃膛，而氣隙增大會導致永磁（cí）體用量增加，提高電機（jī）製造成本。隨動式定子結構的模塊電（diàn）機，能在轉筒偏心時保證（zhèng）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（diàn）機（jī）不會發生掃膛（táng）現（xiàn）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（jiǎn）修次數更（gèng）少，工作時間更（gèng）長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨（mó）技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機（jī）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。遇到突發事（shì）件，調整磨鞮（dī）高度來改（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（fā）事件，除調整磨（mó）輾高度外，還增加了速度調（diào）節以快速適（shì）應係統（tǒng）工作環境，係（xì）統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統（tǒng）係統因三相感應電機無法在低速（sù）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網造成過大（dà）的衝擊，需增（zēng）加軟起（qǐ）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，整個係統構成複雜，係統運行（háng）的輔助（zhù）設備很多。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（yào），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（dìng）
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感（gǎn）應電機達（dá）到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行（háng）。係統（tǒng）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，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種（zhǒng）工況的（de）需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係（xì）統。
(4）無減速器（qì），維（wéi）護成本更（gèng）低,維護次數（shù）少
係統各構成單元均需要時常檢查和（hé）定期維護，傳統係統構成單元多。同時（shí）立磨減（jiǎn）速器（qì）結構（gòu）複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係（xì）統無法實現在低速運（yùn）行的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（bù）電機直接驅動（dòng），控製（zhì）方便。係統內無減速器，無需額（é）外進行維護（hù），係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行（háng）情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效（xiào）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）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同（tóng），這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新（xīn）型立磨結構采用永磁直（zhí）驅（qū）電（diàn）機驅動（dòng）,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進（jìn）行突破（pò），通過設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（bìng）降低成本,在工程實（shí）際中（zhōng）具有（yǒu）很強的實用型。
針對大、中、小型不（bú）同尺寸的（de）立磨，分別設（shè）計了三種立（lì）磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永（yǒng）磁直驅電機具有（yǒu）雙向載荷機構與不同的（de）放置位置，均能達（dá）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。
永磁直驅礦用（yòng）球磨（mó）機 
