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（gòu）複雜、運行維護工（gōng）作量大等問題。
沈陽工（gōng）業大學（xué）電機與控製技術研究所（suǒ）與河南（nán）麻豆免费版機電設備有（yǒu）限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電（diàn）機,通過將電動機與機械結構進行機電一體（tǐ）化設計，取（qǔ）消動力傳輸的中間環（huán）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，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統（tǒng）免（miǎn）維護、自動化程（chéng）度高等優點。
在控製方（fāng）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、運輸等難度，還相當於把一（yī）個大（dà）功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製（zhì）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（de）輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模（mó）塊化電機采用多台小功率（lǜ）變頻器聯（lián）合供電，這樣設計降低（dī）了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工（gōng）況時，完全可以隻運（yùn）行部分（fèn）模塊電機驅（qū）動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子（zǐ）分成若幹個相互存（cún）在間隙的小扇形塊，通過機（jī）械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震（zhèn）動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構（gòu）。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間（jiān）的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的（de）氣隙可以設（shè）計的比普（pǔ）通永（yǒng）磁直驅電機的小很多，從而大幅降（jiàng）低電機永磁體用量（liàng），降低生產成本，節約稀土（tǔ）資源，節能用電量。當模塊發（fā）生故障時，直接拆卸故障電機，更換（huàn）新的模塊電機（jī）即可正常（cháng）運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而（ér）影響到生產工期（qī）。
2、球磨（mó）機專用隨動式永磁直驅電機概述（shù）
本產品的隨動式定子（zǐ）結構（gòu）構（gòu）成一種“小車結構”，滾筒就像公（gōng）路，定（dìng）子塊就像汽車。滾（gǔn）輪貼合滾筒旋轉相（xiàng）當於汽（qì）車在公路行駛，公路的起伏（fú）不影響車輪與地麵（miàn）貼合，即滾筒偏心浮動不影響（xiǎng）滾輪貼合滾筒，保證（zhèng）定子、轉子間隙恒（héng）定，在球磨機因裝配誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變、重載震動（dòng）等原因造（zào）成電機偏心、氣隙（xì）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（tíng）機（jī）檢（jiǎn）修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，並且因為隨動式結構，電（diàn）機不會發生掃膛現象。
本產品（pǐn）電機（jī）的定（dìng）子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用（yòng）獨立的扇（shàn）形（xíng）定子塊結（jié）構，其（qí）隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼（tiē）合滾筒來確（què）定定子與轉（zhuǎn）子間的間隙，定子塊（kuài）徑向外側設有與支（zhī）撐框架（jià）相連的彈性（xìng）機（jī）構（gòu）。彈（dàn）性機構（gòu）在球磨機滾（gǔn）筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子（zǐ）塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方（fāng）彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在（zài）受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上（shàng）頂，保證下方定子塊的滾輪依然（rán）貼合轉筒外表麵，使定（dìng）子塊跟隨轉筒波動而（ér）進行徑向與圓周方向（xiàng）的移動，從而（ér）保證定子、轉子（zǐ）之間的間隙不變。球磨機滾（gǔn）筒向下複位或繼續（xù）向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的（de）吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定（dìng）子塊被轉筒（tǒng）向下壓。
本產品（pǐn）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（bì）免因彈性（xìng）裝置設置的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塊化（huà）控（kòng）製，根據不同功率的（de）電機設計采用不同個數（shù）的隨動式定子塊構成一台（tái）模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多（duō）台模塊（kuài）電（diàn）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定在支（zhī）撐框架（jià）上的擋板來對定子塊（kuài）進行圓周方向的限位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵（tiě）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（yào）沿（yán）球磨（mó）機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構（gòu）與定子塊之間的連接杆、彈性機（jī）構支撐架，即可（kě）將定子塊（kuài）沿徑向（xiàng）拉出，進行檢修或更換新的定子塊（kuài）。
3、采用本產品代替傳統磨（mó）機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的球（qiú）磨機仍采用三相感應電動機（jī）、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同（tóng）步電機（jī）與感應（yīng）電機相比優勢是它有較高的效率（lǜ）和（hé）功（gōng）率因數，損耗大（dà）大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行（háng）平穩，係統（tǒng）響應（yīng）速度快，感（gǎn）應電機則起動相對困難。這些也（yě）是近年來（lái）永磁電機應用越來越廣（guǎng）泛的（de）原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減（jiǎn）速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節（jiē），縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將（jiāng）提升至少（shǎo）20%。球磨機直驅係統的傳（chuán）動（dòng）效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低（dī），維護（hù）檢（jiǎn）修方便，還避免了傳統設備因漏油（yóu）造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化（huà）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（lǜ）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，但是不增加電機的（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器聯合供電。這樣設計降低（dī）了電機的供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而降低成本。球磨機（jī）運行在輕（qīng）載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故（gù）障時，會導致（zhì）電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均（jun1）轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都（dōu）具（jù）有一套獨立（lì）的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利（lì）用（yòng）其多（duō）電機結構和控（kòng）製靈活的優勢，在發生故障（zhàng）時。可以直（zhí）接拆卸故障電機更（gèng）換（huàn）新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有（yǒu）冗餘（yú）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（shǐ）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（jiā）工誤差、軸承磨損、滾筒形變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，實際生（shēng）產中常常（cháng）通過增加氣（qì）隙大小來預防掃膛，而氣隙（xì）增大會導（dǎo）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，能在轉筒（tǒng）偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒（héng）定，可將氣隙（xì）做的更小（xiǎo），減少永（yǒng）磁體用量，電機不會發（fā）生掃膛現象，同時因為該（gāi）隨動式定子結構在偏（piān）心時能（néng）繼續正常工作，檢（jiǎn）修（xiū）次（cì）數更少，工作時間更長，大體積球磨機（jī）檢修複雜，降低檢修次（cì）數就是提高生產效率。
4、隨（suí）動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直（zhí）驅立（lì）磨技術
1、立磨直驅對比於（yú）傳統感應電（diàn）機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多（duō）樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發（fā）事（shì）件，調整（zhěng）磨鞮高度來改變係統（tǒng）工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增（zēng）加了（le）速度調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法在低（dī）速實（shí）現大轉矩輸出，需要（yào）額外的盤車係統滿足立磨的（de）低速起動。為保證在電（diàn）機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟（ruǎn）起動裝置。三相感（gǎn）應電機起動後，通過減（jiǎn）速器滿足係統（tǒng）轉矩需要，整個（gè）係統構成複雜，係統運行的（de）輔助設備（bèi）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（zhuǎn）矩特性（xìng）滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統（tǒng）少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速（sù）盤車係統起動，待三相感應電（diàn）機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應（yīng）電機（jī），係統（tǒng）運行。係統控製複雜（zá），低速（sù）無法實現過載輸出。在低速過程需要（yào）盤車係（xì）統，將轉速提高到三相感應電（diàn）機起動條件。直驅係統直接變頻低速（sù）起動，係統直接（jiē）運行，係（xì）統（tǒng）控製（zhì）簡單。變頻控製起動過程可根據實際工（gōng）況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載（zǎi）輸出，滿足起動需要，取代盤車（chē）係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定（dìng）期維護，傳統係統構成單元（yuán）多。同時立磨減速（sù）器結構（gòu）複雜需（xū）要經常維（wéi）護，維護成本費用高。同（tóng）時係統無法實現在低速運行的情（qíng）況下進行（háng）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（zhì）方便。係統內無減速器，無需額外進行維護（hù），係統（tǒng）維護成本低（dī）。同時（shí），係統可實現在（zài）電（diàn）機低速運行（háng）情況下進行係統維護（hù）。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采（cǎi）用（yòng）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（zhào）5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨機直（zhí）驅係統的優勢（shì）與球磨機直驅係統相同，這（zhè）裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨（mó）結構采（cǎi）用永磁直驅電機驅動（dòng）,提高了立磨（mó）效率。在立磨扶正（zhèng）軸承與壓（yā）力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運（yùn）輸、裝配、維（wéi）修，並降低成本（běn）,在工（gōng）程實際中具有（yǒu）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（zhǒng）立磨專用（yòng）永磁電機，代替傳統的減速（sù）機與三相異步電動（dòng）機，永磁直驅電（diàn）機（jī）具有（yǒu）雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本（běn）。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
