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（jiǎn）速裝置以及（jí）齒輪（lún）結構（gòu）進（jìn）行驅動，導致球磨機的傳動係（xì）統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機（jī）構複雜、運行維護工作（zuò）量大等問題（tí）。
沈陽（yáng）工業大學電機與控製技術研（yán）究所與河（hé）南日本一二三区视频在线機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立（lì）磨機采用永磁直驅電（diàn）機,通過將電動機（jī）與機械結構進行機電一體化設計（jì），取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直（zhí）接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著（zhe）提高了電機（jī）的效率（lǜ）與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力（lì）強、係統免維護、自動化（huà）程度高等優點。
在控製方麵,本產品（pǐn）電（diàn）機定子采用了模塊（kuài）化設（shè）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機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控（kòng）製技術可以（yǐ）實（shí）現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加（jiā）電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊（kuài）化電機采（cǎi）用多台小功率變頻器（qì）聯合供電（diàn），這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成本（běn）。每個模塊電機都具有（yǒu）一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行（háng）在輕載（zǎi）工況（kuàng）時，完全可以隻運行部（bù）分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電（diàn）機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構（gòu），將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構（gòu）設計，確定了一種（zhǒng）無（wú）論球磨機轉筒（tǒng）是否震（zhèn）動或偏心，定子塊始終跟（gēn）隨轉筒運動從（cóng）而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構（gòu）設計保證定子與轉子間的間隙恒定（dìng），電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的（de）小很多，從（cóng）而大幅降低電機永磁體用量，降低（dī）生（shēng）產成本，節約稀土資源，節（jiē）能用電量。當模塊發生故（gù）障時，直接拆（chāi）卸故障電機，更換（huàn）新的模塊電（diàn）機即（jí）可（kě）正（zhèng）常運行。使用本產品完全不會因電機（jī）發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動（dòng）式定子結構構成（chéng）一（yī）種“小車結構”，滾筒就像公路，定（dìng）子塊就像（xiàng）汽車。滾輪貼合（hé）滾筒旋轉相當於（yú）汽車在公路行駛，公路的起（qǐ）伏（fú）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，保證（zhèng）定子（zǐ）、轉子（zǐ）間隙恒定，在（zài）球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變、重載震動等原（yuán）因造（zào）成電機偏心（xīn）、氣隙（xì）不均勻時，仍能正常運（yùn）轉（zhuǎn），保證磨機始終運行在性（xìng）能狀態，不必停機檢修。同（tóng）時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減（jiǎn）少（shǎo）永磁體用量，並且（qiě）因為隨動式結構，電（diàn）機不會發生掃膛現象。
本產（chǎn）品電機的定子為（wéi）隨動式結構,基於模塊化永（yǒng）磁直驅電機，采用（yòng）獨（dú）立的扇形定子塊結構，其隨動原理（lǐ）是（shì）在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來（lái）確定（dìng）定子與轉子間的間隙（xì），定子塊徑向外側設有與（yǔ）支撐框架（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（jī）滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊（kuài）上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，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）上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子（zǐ）塊（kuài）的滾（gǔn）輪依然貼合轉筒外表麵（miàn），使定子塊跟隨轉筒波動（dòng）而進行徑（jìng）向與圓周方向的移動，從而保證定子（zǐ）、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複（fù）位或繼（jì）續向下波動，則（zé）上方（fāng）定（dìng）子（zǐ）塊在受到永磁（cí）體對其向下的（de）吸引力的同時，彈（dàn）性（xìng）機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉（zhuǎn）筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可（kě）調，對於不同位置的定子塊設置不同（tóng）的壓力,避免因彈（dàn）性裝置設（shè）置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電（diàn）機采用（yòng）模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個（gè）數（shù）的隨動式定子塊構成一台模塊電機（jī），一台（tái）整圓電機由多台模塊電機構（gòu）成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉子，模（mó）塊電機包繞式安（ān）裝在球磨機滾筒上。相鄰隨（suí）動式定子（zǐ）塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對（duì）定子塊進行圓（yuán）周方向的限位。球磨機滾筒的法（fǎ）蘭處銜接（jiē）T型支撐板（bǎn）,用於（yú）支撐安（ān）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，隻需要沿球磨機（jī）的徑向依次拆（chāi）卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的（de）連接杆、彈性機構支撐架（jià），即可將定（dìng）子塊沿徑（jìng）向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本（běn）產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點（diǎn）
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝（zhuāng）置（zhì）以及齒（chǐ）輪結構進行（háng）驅動。永磁同步電機與感應電機相（xiàng）比優勢是它有較高的（de）效率和功率因（yīn）數，損耗大大（dà）降低，節約（yuē）了能源。永磁（cí）電機通過變頻器進行調速，電機運行平（píng）穩，係統響應速度快，感應電（diàn）機則起動相對困難。這些（xiē）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（zhōng）間的減速機、聯軸（zhóu）器、及齒輪的傳動（dòng）環（huán）節，縮（suō）短係統（tǒng）的傳動鏈，直驅係統的傳動效（xiào）率將提升至少20%。球磨機直驅係統（tǒng）的（de）傳動效率不僅（jǐn）得到大幅提升，而且直驅係統（tǒng）的故障（zhàng）率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造（zào）成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊（kuài）化設計，不（bú）僅降（jiàng）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（jī）做成了多個小功率電（diàn）機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大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（cǎi）用高等級絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣（yàng）設計降低了電機的供電電壓（yā）和使用（yòng）的變頻器容量，從而降低成（chéng）本。球磨機運行（háng）在輕載工況（kuàng）時,完全（quán）可以隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。
傳統電機故（gù）障時（shí），會（huì）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（zhuǎn）矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本（běn）產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨（dú）立的控製係統，大大提升了（le）電機控製的自由（yóu）度,可以利用其多電機（jī）結構和控製靈活的優勢，在發生（shēng）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（jī）具（jù）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（dào）生產工期（qī）。
球磨機因加工誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變（biàn）或重（chóng）載產（chǎn）生震動等（děng）因（yīn）素會發（fā）生轉子偏心現象，偏心嚴（yán）重時還會造成電機掃膛（táng）損壞電機，實際生產中常常（cháng）通過增加氣隙大（dà）小（xiǎo）來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子（zǐ）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（qì）隙（xì）做（zuò）的更小，減少（shǎo）永（yǒng）磁體用量，電機（jī）不會發生掃膛現象，同時因（yīn）為該隨動式定子（zǐ）結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體（tǐ）積球磨機檢修複雜，降低檢修次（cì）數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機（jī）裝配示（shì）意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於（yú）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
傳統立磨速（sù）度單（dān）一，工況適應（yīng）能力差。遇到突（tū）發（fā）事件，調整磨（mó）鞮高度來改變係（xì）統工作（zuò）環境，係統（tǒng）反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應（yīng）工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增（zēng）加了速度調節以快（kuài）速適應係統工（gōng）作（zuò）環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單（dān）,可靠（kào）性（xìng）高
傳統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（chē）係統（tǒng）滿足立磨的低（dī）速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動後，通過（guò）減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製（zhì）永磁同步電機起動，轉矩（jǔ）特性滿足需要，無需盤車係（xì）統和減速器，輔助係統少（shǎo），結構（gòu）簡單。
(3）變頻（pín）器軟（ruǎn）起動，起（qǐ）動過程隨意設定
傳統係統先（xiān）由低速盤車係統起（qǐ）動，待三相感應電（diàn）機（jī）達到起動條件後，軟（ruǎn）起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜（zá），低速無法實現（xiàn）過載輸出（chū）。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機（jī）起動條件。直驅係統直接變（biàn）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（háng）調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需（xū）要，取（qǔ）代盤車係統（tǒng）。
(4）無減速器，維護成本更低（dī）,維護次數少（shǎo）
係統各構成單元均需要（yào）時常檢查和定期維護，傳統係統（tǒng）構成單元多。同時立磨減（jiǎn）速（sù）器結構複雜（zá）需要經（jīng）常維護，維護（hù）成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控（kòng）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（háng）維護，係統維護成本低（dī）。同（tóng）時，係統可（kě）實現在電（diàn）機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜（zōng）上采（cǎi）用直驅永磁電（diàn）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（kūn）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意圖
本新型立磨結構采（cǎi）用（yòng）永磁直（zhí）驅電機（jī）驅（qū）動,提高了立磨效率（lǜ）。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（shàn）形模塊機構替代大直徑軸承，方便（biàn）加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在（zài）工程實際中具（jù）有很強的實用型。
針對大、中、小型不同（tóng）尺寸的（de）立磨，分別設計了三種立（lì）磨（mó）專用永磁電機，代替（tì）傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能（néng）達到扶（fú）正與承壓（yā）的作用，並（bìng）且方便製造（zào）、裝配維護，節（jiē）省成本。均（jun1）已申請（qǐng）專 利。
永磁（cí）直驅礦用球磨機 
