1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都（dōu）采用三相異步電（diàn）動機（jī）、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行（háng）驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護（hù）工（gōng）作量大等問題。
沈陽工業（yè）大學（xué）電機與（yǔ）控製技術（shù）研究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計研發的球磨（mó）機、立磨機采用（yòng）永磁直驅電機,通過將電（diàn）動機與（yǔ）機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間（jiān）環節，做成直驅（qū）方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統（tǒng）磨機的減速機，顯著提高了電機的效率（lǜ）與功率因（yīn）數，具有節能、起（qǐ）動轉矩大、過載能（néng）力（lì）強、係統免（miǎn）維護、自（zì）動化程度（dù）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（shū）等難（nán）度，還相當於（yú）把一個大功率電機做成了多個小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的控製技術（shù）可以實現降低大功率電機的輸入電（diàn）壓，但是不增加電機的（de）輸入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣。模塊化電機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合供電，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。每個模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的（de）自由度（dù），球磨機運行在輕載工況時，完全可以（yǐ）隻運行部分模（mó）塊電機驅動球（qiú）磨機。
在（zài）結構方麵，本產品電機的定子采用了一（yī）種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的（de）定子分成若幹（gàn）個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論（lùn）球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子（zǐ）與（yǔ）轉子間隙恒（héng）定的結構。本產品通過機械結構（gòu）設計保（bǎo）證定子（zǐ）與（yǔ）轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象（xiàng），因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀（xī）土（tǔ）資源，節能用（yòng）電量。當模塊（kuài）發生故障時（shí），直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可（kě）正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永（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（dìng）子塊就像汽（qì）車。滾輪貼合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙（xì）恒定，在球（qiú）磨機因裝配（pèi）誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變、重載震（zhèn）動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性（xìng）能狀態，不必（bì）停機檢修。同時電機（jī）定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並（bìng）且因為隨（suí）動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的（de）定子為（wéi）隨動式（shì）結構,基於模塊化永磁直（zhí）驅電機，采用獨（dú）立的（de）扇形定子塊結（jié）構，其隨動原理是在定子塊（kuài）的軸向兩（liǎng）側（cè）安裝滾輪（lún）且滾輪（lún）貼合（hé）滾（gǔn）筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與（yǔ）支撐框架相連的彈性機（jī）構。彈性機（jī）構在球（qiú）磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀（zhuàng）態,如果球磨機滾（gǔn）筒向上波動，轉（zhuǎn）筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向（xiàng）上移動，上方彈（dàn）性（xìng）機構繼續壓縮;下方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其向（xiàng）上的吸引力的同時，定子塊（kuài）上的彈性機構將其向上頂，保（bǎo）證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動（dòng）而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證（zhèng）定子、轉子之（zhī）間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下（xià）波動，則上方定（dìng）子塊在（zài）受到永（yǒng）磁體對其向下的吸引力的同時（shí），彈性機構將上方其向下壓,下（xià）方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓（yā）力大小可調，對於不同位置（zhì）的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置（zhì）的（de）壓力過大造成滾輪或（huò）轉筒磨損較快（kuài）。
本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功（gōng）率的電機設計采用（yòng）不（bú）同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電（diàn）機，一台整圓電機由多台模塊電機構成（chéng）,多台模（mó）塊電機共（gòng）用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨（mó）機滾筒（tǒng）上。相鄰（lín）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周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機（jī）轉子鐵心（xīn）及磁鋼。
本產品的隨動式定子（zǐ）塊安裝拆卸十分便捷（jié），隻需要沿球磨機的（de）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（lián）接杆（gǎn）、彈性機（jī）構支撐架，即（jí）可將定子塊沿徑向拉出，進行（háng）檢修或更換新的定子塊（kuài）。
3、采用本（běn）產品代替傳統磨機的電機（jī）驅動係統的（de）優點
現階（jiē）段（duàn）大多數的（de）球磨機仍采用（yòng）三相感應電動機、聯（lián）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（diàn）機相比優勢是它有較高的效（xiào）率和功率因數，損耗（hào）大大降低，節約了能源。永磁電機通過（guò）變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機（jī）則起動相對困難。這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（xiāo）了中間的減速機、聯軸器（qì）、及齒（chǐ）輪的（de）傳動環節，縮（suō）短係統（tǒng）的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不（bú）僅得到大幅提升，而且直（zhí）驅（qū）係統的故障率低，維護檢修方（fāng）便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品（pǐn）電機（jī）定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率（lǜ）電機做成了多個小功率（lǜ）電機。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（yā），但是不增加（jiā）電機的（de）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頻（pín）器聯合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器（qì）容量，從（cóng）而（ér）降低成（chéng）本。球磨機運行在輕（qīng）載工況時,完全可（kě）以隻運行（háng）部分模塊（kuài）電機驅動（dòng）球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸（jī）變，諧波含量增加，平均轉（zhuǎn）矩下降，轉矩波動顯著增加，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（jī）都具有一套獨立的控製（zhì）係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利（lì）用其多電機（jī）結構和（hé）控製靈活（huó）的優勢，在發生故障時（shí）。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機（jī）即可（kě）正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子（zǐ）模（mó）塊而控製其（qí）餘正常子（zǐ）模塊降額運行。使用本產品完全（quán）不（bú）會因電機發生故障而影（yǐng）響到生產（chǎn）工（gōng）期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變（biàn）或重載產生震動等因素會發生轉（zhuǎn）子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常（cháng）通過增（zēng）加氣隙大小（xiǎo）來預防掃膛，而氣隙增大（dà）會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在（zài）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，減少永磁體（tǐ）用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為（wéi）該隨（suí）動式定子結構在偏（piān）心時能（néng）繼（jì）續正常工作，檢修次數更少，工作（zuò）時間更長，大體積球磨機檢修（xiū）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）裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術（shù）
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速（sù）控（kòng）製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能（néng）力差（chà）。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用（yòng）變頻調速，適應工況能力強。遇到突（tū）發事（shì）件，除調整磨輾高度外，還（hái）增加了速（sù）度調節以快（kuài）速適（shì）應係統工作環（huán）境，係（xì）統（tǒng）反（fǎn）應速（sù）度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感（gǎn）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。為保證在電機起動過程不對電網（wǎng）造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應（yīng）電機起動（dòng）後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成（chéng）複雜，係統運行（háng）的輔助設備很多（duō）。直驅係統（tǒng）由變（biàn）頻控製係統控（kòng）製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車（chē）係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟（ruǎn）起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係（xì）統起動，待（dài）三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起（qǐ）動三相（xiàng）感應（yīng）電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過（guò）載輸出。在低速過程（chéng）需要盤車係統，將轉速提高（gāo）到三（sān）相感應（yīng）電機起動條件（jiàn）。直（zhí）驅係統直接變頻（pín）低速起動，係統直接運行（háng），係統控製簡（jiǎn）單。變頻（pín）控製起動過（guò）程可根據實際工況進行調（diào）整，以滿足各種工況的需（xū）求（qiú）。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（hù）成本更低,維護次數少
係統各（gè）構成單（dān）元均需要時常檢（jiǎn）查和定期維護，傳統係統構成（chéng）單元多。同（tóng）時立磨減速器結構複雜需（xū）要經常維護，維護成（chéng）本費用高。同時係（xì）統無（wú）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（é）外進（jìn）行維護，係統維（wéi）護成本低。同時，係統可實現在（zài）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）用直驅永磁電機取（qǔ）代（dài）傳（chuán）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（tǒng）的優勢（shì）與球磨（mó）機直驅係（xì）統相（xiàng）同，這裏不再一（yī）—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示（shì）意圖
本新型立磨結構采（cǎi）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（yī）種（zhǒng）雙向載荷扇（shàn）形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的（de）實用型。
針對大、中、小型不同尺寸（cùn）的立磨，分別設計（jì）了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相（xiàng）異步（bù）電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的（de）放置位置，均（jun1）能（néng）達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維（wéi）護（hù），節省（shěng）成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機（jī） 
