1、技術背（bèi）景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電（diàn）動機（jī）、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（zài）機械傳動鏈（liàn）冗長、效率低、機構（gòu）複（fù）雜、運（yùn）行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機（jī）與控（kòng）製技（jì）術研究（jiū）所與河南日本一二三区视频在线機電設備有限公司聯合設（shè）計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中（zhōng）間環（huán）節，做成直驅方（fāng）案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機（jī）的（de）效率與功率（lǜ）因數，具有節（jiē）能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優（yōu）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（yùn）輸等難度，還相當於把一個大功（gōng）率電機做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（dī）大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入（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（xiǎo）功率變頻器聯合供電，這樣設計（jì）降低了電機的供電電壓和使用的變頻器（qì）容量，從而降低成本。每（měi）個模塊電機（jī）都具有一套獨立的控製（zhì）係（xì）統，大大提升了電機控製的自（zì）由度，球（qiú）磨機（jī）運（yùn）行在輕載工（gōng）況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結（jié）構方麵，本產品電機的（de）定子采用了一種自（zì）主（zhǔ）設計研發的隨（suí）動式結（jié）構，將整圓的定子分（fèn）成若幹個相互存在（zài）間隙的小扇形塊，通過機械結（jié）構（gòu）設計，確定了一種無（wú）論（lùn）球磨機（jī）轉（zhuǎn）筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與（yǔ）轉子間隙恒定的結構。本產品（pǐn）通（tōng）過機（jī）械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以（yǐ）設計的比普通永磁直（zhí）驅電機的小很多，從而大幅降低電機永（yǒng）磁體用量，降（jiàng）低（dī）生（shēng）產成本，節（jiē）約稀土資源，節能用電量。當模塊發生（shēng）故障時，直接拆卸故障電機，更換新（xīn）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故障而影響（xiǎng）到生產工期。
2、球（qiú）磨機專用隨動式永（yǒng）磁直驅電機概述
本（běn）產品的隨動式（shì）定（dìng）子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像（xiàng）公路，定子塊就像汽車。滾輪貼（tiē）合滾筒旋轉相當（dāng）於汽（qì）車（chē）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滾筒，保（bǎo）證定子、轉子間（jiān）隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電（diàn）機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量（liàng），並且因為隨動式結（jié）構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為（wéi）隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立（lì）的扇形定子（zǐ）塊結構，其隨動原理是（shì）在定子塊的軸向兩側（cè）安裝滾（gǔn）輪且滾輪貼合（hé）滾筒來確定（dìng）定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支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縮（suō）狀（zhuàng）態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上（shàng）頂定子塊上安裝的滾（gǔn）輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定（dìng）子（zǐ）塊在受到永磁體對其（qí）向（xiàng）上的吸引力的同時，定子塊上（shàng）的彈（dàn）性機構將其向上頂，保（bǎo）證下（xià）方定子塊的滾輪依（yī）然貼合轉筒（tǒng）外表（biǎo）麵，使定子塊（kuài）跟隨（suí）轉筒波動而進行徑向與圓周（zhōu）方向的移動，從而保證（zhèng）定子、轉子之間的間隙不（bú）變。球磨機滾筒向下複位或繼續（xù）向下（xià）波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同（tóng）時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力（lì）大小可調，對於不同位置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。
本產品將永磁電機采用模（mó）塊化控製，根據（jù）不同功率（lǜ）的電機設計采用不同個數的（de）隨動式（shì）定子塊構成一台模塊（kuài）電機，一台整圓電機由多台（tái）模塊電（diàn）機構成（chéng）,多台（tái）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（gù）定在支撐框架（jià）上的擋板來對（duì）定子塊進行圓周方向的限位。球磨機（jī）滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心（xīn）及磁鋼。
本產品的（de）隨動（dòng）式定子塊（kuài）安裝拆卸十分便捷，隻需要沿（yán）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（jìng）向拉出（chū），進行（háng）檢修或更換新的（de）定（dìng）子塊。
3、采用本（běn）產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的（de）球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以及（jí）齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與（yǔ）感應電機相比優勢是它（tā）有較高的（de）效率和功率因數，損耗（hào）大大降低，節約（yuē）了能源。永磁電（diàn）機通過變頻器進行調速，電機運（yùn）行平穩，係統響（xiǎng）應速度快，感應（yīng）電機則起動相對困難。這些也是（shì）近年（nián）來永磁電機應用（yòng）越（yuè）來越（yuè）廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消（xiāo）了中（zhōng）間的（de）減速機（jī）、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係（xì）統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少（shǎo）20%。球（qiú）磨（mó）機（jī）直（zhí）驅係統的傳動效率不僅（jǐn）得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還（hái）避免了傳統設（shè）備因漏油造（zào）成環（huán）境汙染。
由於本產（chǎn）品電（diàn）機定子采用了模塊（kuài）化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當（dāng）於把（bǎ）一個大功率電機做成了（le）多個小功率（lǜ）電機。模塊化（huà）電機的控製（zhì）技術可以實現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但是不增加（jiā）電機的輸入（rù）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頻（pín）器聯（lián）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。球磨機運行在輕（qīng）載工況時（shí）,完全（quán）可以（yǐ）隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。
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（jun1）轉（zhuǎn）矩下降，轉（zhuǎn）矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品（pǐn）進行了模塊（kuài）化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了（le）電機控製的自由度（dù）,可以利用其多電機結（jié）構和控製靈活的優勢，在發生故障時（shí）。可以直（zhí）接拆卸故障電（diàn）機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化（huà）電（diàn）機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模（mó）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。
球磨機因加工誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變（biàn）或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機（jī），實際生（shēng）產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁（cí）體用量增加，提（tí）高電機製造成（chéng）本。隨動式定子結構的（de）模塊電機，能在轉（zhuǎn）筒（tǒng）偏心時保證定子與（yǔ）轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常（cháng）工作，檢（jiǎn）修次數更少，工作（zuò）時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢（jiǎn）修次數就是提高生產效（xiào）率（lǜ）。
4、隨動式球磨機裝（zhuāng）配示意（yì）圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點（diǎn）( 1）變頻調速控製，實（shí）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（xì）統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速（sù），適應工況能（néng）力強。遇到突（tū）發事（shì）件，除調整磨輾（niǎn）高度外，還（hái）增加了速度調節以快速適應係（xì）統工作環境，係統反（fǎn）應速度更快。
(2）係統簡（jiǎn）單,可靠性高
傳（chuán）統係統因三相感應電機無法（fǎ）在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤（pán）車（chē）係統滿足立磨的低速起動。為保（bǎo）證在電機起動過程不對電網造成過大的衝（chōng）擊，需增加軟起動裝置。三相感應（yīng）電機起動後，通過減速器滿足係統轉（zhuǎn）矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔（fǔ）助設備很多。直驅（qū）係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉（zhuǎn）矩特性滿足需要（yào），無（wú）需（xū）盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變（biàn）頻器軟起動，起動過程隨意（yì）設定（dìng）
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，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速（sù）無（wú）法實現過載輸出。在低速過（guò）程（chéng）需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電（diàn）機起動條件。直驅係統直接變（biàn）頻低速起動（dòng），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（dī）速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器（qì），維護成本更低,維護次數少（shǎo）
係統各構成（chéng）單元均需要時（shí）常檢查和定（dìng）期維（wéi）護，傳統係統構成（chéng）單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本（běn）費（fèi）用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅（qū）係統構成單（dān）元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維（wéi）護，係統維護成（chéng）本低。同時，係統可實現在電機（jī）低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯（xiǎn）
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統（tǒng）年節電量（liàng）達181萬（wàn）元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統（tǒng）的優勢與球磨機直驅係統相（xiàng）同，這裏不再（zài）一—贅（zhuì）述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨（mó）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（háng）突破，通過設計一種雙向載荷扇（shàn）形模塊機構替代大（dà）直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修（xiū），並降低成（chéng）本,在工程（chéng）實際中具有很強的實用（yòng）型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專（zhuān）用永磁電機，代替傳統的減速機與三（sān）相異（yì）步電（diàn）動機，永磁直驅電機具有雙向載荷（hé）機構與不（bú）同的放置位置，均（jun1）能達到扶正與承壓的作用（yòng），並且（qiě）方便製造、裝配維（wéi）護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直（zhí）驅礦用球磨機 
