1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步（bù）電動機、聯軸器、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（gòu）複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電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設計研發的球磨機、立磨機采（cǎi）用永磁（cí）直驅（qū）電機,通（tōng）過將電動機與機械結構進行機（jī）電一體化（huà）設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足（zú）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（lǜ）因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動（dòng）化程度高等優（yōu）點。
在控製方麵,本產品電（diàn）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（bǎ）一個大功率電機（jī）做成了多個小功率電機。模塊化（huà）電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電（diàn）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。模塊化電機采用多台小功率變（biàn）頻器聯（lián）合供電，這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（chéng）本。每個模塊電機都具有一套獨立的（de）控製係統，大大提升了電（diàn）機控製（zhì）的（de）自由度，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。
在結構方麵，本產品電機的定子采（cǎi）用了一種（zhǒng）自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分（fèn）成若幹個相互存在間（jiān）隙的小扇形塊，通（tōng）過機械結構（gòu）設計（jì），確定（dìng）了一（yī）種無論球磨機轉筒是否震（zhèn）動或偏心，定子塊始終跟（gēn）隨轉筒運動（dòng）從而保持（chí）定子與（yǔ）轉子間隙恒定的結構。本產（chǎn）品通過機械結構設計保（bǎo）證定子與轉子間的間隙恒（héng）定，電機不會發（fā）生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永（yǒng）磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電（diàn）機（jī）永磁體用量，降低生產（chǎn）成本，節約稀土資（zī）源，節能用電量。當模塊發生故（gù）障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正（zhèng）常運（yùn）行（háng）。使（shǐ）用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨（suí）動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子（zǐ）結構構（gòu）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（xiàng）當（dāng）於（yú）汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合（hé）滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球（qiú）磨（mó）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（diàn）機偏心、氣隙不均勻時（shí），仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態（tài），不必停機檢（jiǎn）修。同（tóng）時（shí）電機定子與轉子間（jiān）的間隙也可（kě）以做的更小，減少永（yǒng）磁體用量，並且因為隨動（dòng）式（shì）結構，電機不會發（fā）生掃膛現象。
本產品電（diàn）機的定子為（wéi）隨動式結構,基於模塊化永磁直（zhí）驅電機，采用獨（dú）立的扇形定子塊結構，其（qí）隨動原理是在定（dìng）子塊的軸向兩側（cè）安（ān）裝滾輪且滾（gǔn）輪（lún）貼合滾筒來確定定子與（yǔ）轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框（kuàng）架（jià）相連的彈性機構。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（tǒng）向（xiàng）上波（bō）動（dòng），轉筒（tǒng）會向上（shàng）頂定子塊上（shàng）安裝（zhuāng）的滾輪，進而（ér）帶動定子塊向上移動（dòng），上（shàng）方彈性機構繼續壓縮;下方定（dìng）子塊在（zài）受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的（de）彈性機構將其向（xiàng）上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵（miàn），使定子（zǐ）塊跟隨轉筒波動而進行（háng）徑（jìng）向與圓周方向的（de）移動，從而保證定子、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（shòu）到永磁體對其向（xiàng）下的吸引力的（de）同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓（yā）。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免（miǎn）因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快（kuài）。
本產品將永磁電機采用模（mó）塊（kuài）化（huà）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塊構成一台模塊電機，一台整圓電（diàn）機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉（zhuǎn）子，模塊電機包繞式安（ān）裝在球磨機滾筒上（shàng）。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（yuán）周方向的限位。球磨機（jī）滾筒（tǒng）的法蘭處銜接T型支（zhī）撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動（dòng）式定子塊安裝拆卸十（shí）分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機（jī）構（gòu）、彈性機構與定子塊之間的（de）連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊（kuài）沿（yán）徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊（kuài）。
3、采用本產品代（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采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機（jī）相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗（hào）大大降低，節約了能源。永磁電機（jī）通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速（sù）度快，感應電機則起動相對困難。這（zhè）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，取消了中間的減速機（jī）、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的（de）傳動效率將提升至少20%。球（qiú）磨機直驅係統的傳（chuán）動效率不（bú）僅得到大幅提升，而且直驅（qū）係統的故障率低，維（wéi）護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油（yóu）造成環境汙染。
由於本產（chǎn）品電機定子采用了（le）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）大功率電機做成了多個小功率電機。模（mó）塊化電機的控製技術可以實（shí）現降低大功（gōng）率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等（děng）級絕緣（yuán），模塊化電機（jī）采用多台小功（gōng）率變頻器聯合供電（diàn）。這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變（biàn）頻器容量，從而降低成本。球磨機運（yùn）行在（zài）輕載工況時,完全可以隻運（yùn）行部分模塊電機驅動球（qiú）磨機。
傳統電機故障時，會導致（zhì）電機合成磁動勢發生（shēng）畸變，諧波（bō）含量增加，平（píng）均轉矩下降，轉（zhuǎn）矩波動顯著（zhe）增加（jiā），無法繼續正常（cháng）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）獨立的控製係統，大（dà）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。模塊化電機具有冗餘的（de）模塊數，也（yě）可切除故障（zhàng）子模塊（kuài）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（yīn）電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動（dòng）等因素會發（fā）生轉子偏心現象（xiàng），偏（piān）心嚴重時還會（huì）造成電機掃膛損壞（huài）電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃（sǎo）膛，而氣隙增大會導致永（yǒng）磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時（shí）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，電機不會發生掃膛現象（xiàng），同時因為該（gāi）隨動式定子結構在偏心時能繼續正（zhèng）常工作，檢修次數（shù）更（gèng）少，工作時間更長，大體積球磨（mó）機檢修複雜，降低檢修次數就是提高（gāo）生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立（lì）磨（mó）直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性（xìng）
傳統立（lì）磨速度單一（yī），工況（kuàng）適應能力差。遇到突發事（shì）件，調整磨鞮高度來改（gǎi）變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步（bù）電機采用變頻調速（sù），適應（yīng）工況能力強。遇到突發事（shì）件，除調整磨輾（niǎn）高度外（wài），還增加了速度（dù）調節以快（kuài）速適應係統工作環（huán）境，係統反（fǎn）應速度更快。
(2）係統簡單,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，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動（dòng）。為保證在電機起動過程（chéng）不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動（dòng）裝置。三相（xiàng）感應電機起動後，通（tōng）過減速器滿足係（xì）統轉矩需要，整個係統構（gòu）成複（fù）雜，係統運行的（de）輔助設備很多。直驅係統由變頻控（kòng）製係統控製永磁同步電機起（qǐ）動，轉（zhuǎn）矩特性滿足（zú）需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結（jié）構簡單（dān）。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先（xiān）由低速盤車係統起動，待（dài）三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相（xiàng）感應電機（jī），係統運行。係統控（kòng）製複雜，低速（sù）無法實現過載輸出。在低速過程需要（yào）盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條（tiáo）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，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出（chū），滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本（běn）更低,維護（hù）次數少
係統各（gè）構成單元均（jun1）需要時常檢查和定期維護（hù），傳統係統（tǒng）構成單元多。同時立（lì）磨（mó）減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高（gāo）。同時係統無法（fǎ）實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器（qì）控製永磁同步電機直接驅動，控製方（fāng）便。係統（tǒng）內無減速器，無需額外進行維護，係（xì）統（tǒng）維護成本低。同時，係統可實現在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（míng）顯
綜上（shàng）采用直驅（qū）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、永磁直驅立磨結構示（shì）意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,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荷扇形模（mó）塊機（jī）構替代大直（zhí）徑軸承，方便加工、生產、運輸（shū）、裝配、維（wéi）修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中（zhōng）、小型不同尺寸的立磨，分別設（shè）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）動機，永磁（cí）直驅電（diàn）機具有（yǒu）雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶（fú）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（zhuān） 利。
永磁直驅礦用球磨機 
