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、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳（chuán）動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運（yùn）行（háng）維（wéi）護工作量大等問題。
沈陽工業大學（xué）電機與（yǔ）控製技術研究所與河南91视频网機（jī）電設備有限公司聯合設計研（yán）發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行（háng）機電一體化設（shè）計，取消動力傳輸（shū）的中間環節，做成直驅方案，能（néng）直接滿足荷載的（de）需求，省（shěng）去傳統磨機的（de）減速機，顯著提高了電機的效率（lǜ）與功率因數，具有節能、起動（dòng）轉矩大（dà）、過載（zǎi）能力強、係（xì）統免維護、自（zì）動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用（yòng）了模塊化設計，不僅降低了加工（gōng）、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功（gōng）率電機做（zuò）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（dà）功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率（lǜ）變（biàn）頻器（qì）聯合（hé）供電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變（biàn）頻器容（róng）量，從而降（jiàng）低成本。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（zì）由（yóu）度（dù），球磨機運行在輕載工況時，完全可（kě）以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在（zài）結構方麵，本產品電機的（de）定子采用（yòng）了（le）一（yī）種（zhǒng）自主設計（jì）研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形（xíng）塊，通過機械結（jié）構設計（jì），確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨（suí）轉筒運動（dòng）從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品（pǐn）通過機（jī）械結構設計保證定子與轉子間的間隙（xì）恒定，電機不（bú）會發生掃膛現象，因此電機（jī）的氣隙可以設計的比普通永磁直驅（qū）電機的小很多（duō），從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產（chǎn）成（chéng）本（běn），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（de）模（mó）塊電機即可正（zhèng）常運行。使用本產品完全不（bú）會因電機發生故障而影響（xiǎng）到生產工期。
2、球磨機專用隨動（dòng）式永磁直驅電機概述
本產品的隨動（dòng）式定子（zǐ）結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽（qì）車。滾輪貼合滾筒（tǒng）旋（xuán）轉相當於汽車在公路行駛，公（gōng）路（lù）的起伏不（bú）影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心（xīn）浮動不影響滾（gǔn）輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載（zǎi）震動等原因造成電機偏心、氣（qì）隙不均勻時，仍能正常運轉，保證（zhèng）磨機始終運行在性能狀態，不（bú）必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙（xì）也可以做的更（gèng）小，減（jiǎn）少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會（huì）發生掃膛現象（xiàng）。
本產品電（diàn）機的定子為隨動式結構（gòu）,基於模塊化永磁直（zhí）驅電機，采用獨立的扇（shàn）形定子塊結構，其隨動（dòng）原理（lǐ）是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾（gǔn）輪貼（tiē）合（hé）滾筒來確定定子與轉（zhuǎn）子間的間隙，定子塊徑向外側設有與（yǔ）支（zhī）撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓（yā）縮狀態,如果球磨機滾筒（tǒng）向上（shàng）波動，轉筒會向上頂定子（zǐ）塊上安裝的滾輪，進（jìn）而帶動定子塊向上移動（dòng），上（shàng）方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向（xiàng）上的吸引力（lì）的（de）同時（shí），定子塊上的彈性機構將其向（xiàng）上頂，保證下（xià）方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟（gēn）隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向（xiàng）下波動，則上方定子塊在受到永磁（cí）體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被（bèi）轉（zhuǎn）筒向下壓。
本產品彈性（xìng）裝置的（de）壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置（zhì）不同的壓（yā）力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成（chéng）滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據（jù）不同功率的（de）電機設計采用（yòng）不同（tóng）個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多（duō）台（tái）模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉（zhuǎn）子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨（suí）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。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型（xíng）支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵（tiě）心及磁（cí）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（yī）次拆卸密封外殼（ké）、彈性（xìng）機（jī）構、彈（dàn）性（xìng）機構與定子塊之間的連接（jiē）杆、彈性機構（gòu）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、采用本產品代替傳（chuán）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（yòng）三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構（gòu）進行驅動。永磁（cí）同（tóng）步電機與感應電機（jī）相比優勢是它有較（jiào）高的效率和（hé）功（gōng）率因數，損耗大大降低，節約了能源（yuán）。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行（háng）平穩，係統響應速度快，感（gǎn）應電機則起動相對困難。這些也是（shì）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、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（lǜ）將提升至少（shǎo）20%。球磨機直驅係統（tǒng）的傳（chuán）動（dòng）效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維（wéi）護檢修方便，還避免了傳（chuán）統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產（chǎn）品（pǐn）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，還相當於把一個大功率電（diàn）機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控（kòng）製技（jì）術可以（yǐ）實現降低大功率電機的輸（shū）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，模塊化電機采（cǎi）用多台（tái）小功率變頻器聯合（hé）供電。這（zhè）樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低成（chéng）本。球磨機運行在輕載工況時,完全可（kě）以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變（biàn），諧波含（hán）量增加（jiā），平均轉矩（jǔ）下降，轉矩（jǔ）波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了（le）模塊化設計，每個模塊電機都具有一（yī）套獨立的控製係統，大（dà）大提升了電機控製的自（zì）由度,可以利用其多電機（jī）結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可（kě）以直接拆（chāi）卸故（gù）障電機更換新的模塊電機即（jí）可正常運行。模塊（kuài）化電機具有冗餘的模塊數，也可（kě）切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降（jiàng）額（é）運行。使用本產品完（wán）全不會因電機（jī）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（huò）重載（zǎi）產生（shēng）震動等因素會發生（shēng）轉子偏（piān）心現象，偏心嚴重時還會造成電機（jī）掃膛（táng）損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致（zhì）永磁體用量增加，提高電機製（zhì）造成本。隨動（dòng）式定子結構的模塊電機（jī），能（néng）在轉筒偏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（jiǎn）少永磁（cí）體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在（zài）偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少（shǎo），工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜（zá），降低檢修次數就是提高（gāo）生產效率。
4、隨動式球磨機裝（zhuāng）配（pèi）示意圖（tú）
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳（chuán）統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反（fǎn）應（yīng）速度慢。永磁同步電機采用變（biàn）頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度（dù）外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統（tǒng）反應（yīng）速度更（gèng）快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三（sān）相感應電機無法在低速實（shí）現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速（sù）起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大（dà）的衝擊，需增加軟（ruǎn）起動裝置。三相感應電機（jī）起動後，通過減速器滿足（zú）係統轉（zhuǎn）矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係（xì）統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特（tè）性（xìng）滿足需要，無需盤車係統和（hé）減速器（qì），輔助係統少，結（jié）構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係（xì）統先由低（dī）速盤車係統（tǒng）起動，待三相感（gǎn）應電機（jī）達到起動條件後，軟（ruǎn）起動裝置起動三相感應電機（jī），係統運行。係統控製複（fù）雜，低速無法實現過載輸出（chū）。在低速過程（chéng）需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅（qū）係統直接變頻低（dī）速起動，係統直（zhí）接運行，係統控製簡單（dān）。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，滿足起動（dòng）需要，取代（dài）盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低（dī）,維（wéi）護次數少
係統各構成單（dān）元均需要時常檢查和定（dìng）期維護，傳（chuán）統係統構成單元多。同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（xiàn）在低速運行的情況下進行係統維護。直驅（qū）係統構成單元簡單（dān），變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便（biàn）。係統內無（wú）減速器，無（wú）需額外進行維（wéi）護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行（háng）係統維護（hù）。
(5）傳動效（xiào）率高,節能效果明顯
綜上采用（yòng）直驅永磁電機取代傳統驅（qū）動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直（zhí）驅係統的優勢與球磨（mó）機直驅係統相（xiàng）同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新（xīn）型（xíng）立磨結構采（cǎi）用（yòng）永磁直驅電機驅動,提高了立磨（mó）效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突（tū）破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構（gòu）替代大直徑軸承，方便加工（gōng）、生產、運輸（shū）、裝配、維修，並降低成本（běn）,在工（gōng）程實際中具有很強的（de）實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三（sān）種立磨專用永磁電機（jī），代（dài）替（tì）傳統的減速機與三相異步電動機（jī），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（dá）到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配（pèi）維護，節省成本（běn）。均已申請專 利（lì）。
永磁（cí）直驅礦用球（qiú）磨機（jī） 
