1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三（sān）相異步電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結（jié）構進行驅動，導（dǎo）致球磨機的傳動係統存（cún）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。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南麻豆免费版（xīn）機電設（shè）備有限公司聯合設計（jì）研（yán）發（fā）的球磨（mó）機、立磨機采用永磁（cí）直（zhí）驅電機,通過（guò）將電（diàn）動機（jī）與機械結構進行機電一體化設（shè）計（jì），取（qǔ）消動力傳（chuán）輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的（de）需求，省去傳統磨機的減速機（jī），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、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機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電機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（jiàng）低大功率（lǜ）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（yòng）多台小功率變頻器聯（lián）合供電，這樣設（shè）計降低了電機的供電電（diàn）壓和使（shǐ）用的（de）變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係（xì）統，大大提升了電機控製的自由度，球（qiú）磨機運行在輕載工（gōng）況時，完全（quán）可以隻運（yùn）行部分模塊電機驅動球磨機。
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（gòu），將整圓的定子（zǐ）分（fèn）成若幹個相（xiàng）互存在間隙的小扇形塊（kuài），通過機械（xiè）結構設計（jì），確定了一（yī）種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定（dìng）子塊始終跟隨轉（zhuǎn）筒運動從而保（bǎo）持定子與轉（zhuǎn）子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構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，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接（jiē）拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品（pǐn）完全不會（huì）因（yīn）電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期。
2、球磨機專用（yòng）隨動式永磁直驅電（diàn）機概述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小（xiǎo）車結構”，滾筒就像公路，定（dìng）子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當（dāng）於（yú）汽車在公路行（háng）駛（shǐ），公路的起伏不影響車輪與（yǔ）地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合（hé）滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變、重載震動等原因造（zào）成電機偏（piān）心、氣隙不均勻時，仍能正常（cháng）運轉，保證磨機（jī）始終（zhōng）運行在性能狀態，不必停機（jī）檢修。同時電機定子與轉子間（jiān）的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且（qiě）因為隨動（dòng）式結構，電機不會發（fā）生（shēng）掃膛現象。
本產品電機（jī）的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立（lì）的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定（dìng）子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子（zǐ）間的間隙，定子塊徑向外側（cè）設有與支（zhī）撐框架相連（lián）的彈性機構。彈性機構（gòu）在球磨機滾筒不偏心時處（chù）於半壓（yā）縮狀態,如果球磨機滾筒向（xiàng）上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進（jìn）而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續（xù）壓縮;下方定子塊在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（jiāng）其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨（suí）轉（zhuǎn）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（jì）續向下波動，則上方（fāng）定子塊在（zài）受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構（gòu）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）性裝置設置的壓力過大造成滾輪或（huò）轉筒磨損較快。
本產品將永（yǒng）磁（cí）電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采（cǎi）用不同個（gè）數（shù）的隨動（dòng）式定子塊構成一（yī）台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊（kuài）電機共（gòng）用同一個轉子，模塊（kuài）電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰（lín）隨動式定子塊間設有固定在支撐框架（jià）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,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼（gāng）。
本產品的隨動式定子塊（kuài）安裝（zhuāng）拆卸十分便捷，隻需要沿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（dìng）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（tì）傳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三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅（qū）動。永磁同步電機與感應（yīng）電機相（xiàng）比優勢是它有（yǒu）較高的效（xiào）率和功（gōng）率因數（shù），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，電機運行平穩，係統響應速（sù）度快，感應電機則起動相對困難。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，取消了中（zhōng）間的減速機、聯軸（zhóu）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提升至（zhì）少20%。球磨（mó）機直驅係統的（de）傳動效率不僅（jǐn）得到大幅提升，而（ér）且直驅係統的故障率低（dī），維護檢（jiǎn）修方便，還避免了傳統設備因（yīn）漏油造成（chéng）環境汙染。
由於（yú）本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）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（duō）個小功率電機。模塊化電機（jī）的控製技（jì）術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電機的輸入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣，模塊（kuài）化電機采用多台小功率變頻器聯（lián）合供電。這樣設計降（jiàng）低了電機的供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行（háng）在輕（qīng）載工況時,完全可以隻運行部（bù）分模塊電機驅動球磨機。
傳統（tǒng）電機故障時，會導致電機合成（chéng）磁動勢發生畸變，諧波含量（liàng）增加，平均轉矩下降，轉（zhuǎn）矩（jǔ）波動顯著增加，無法繼（jì）續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套（tào）獨立的控製係統，大大提升了電機（jī）控製的自由度（dù）,可以利用其多電機結構和控（kòng）製靈活的優勢，在發生故障時（shí）。可以（yǐ）直接拆卸故障電機更換新的模塊電（diàn）機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其（qí）餘正常子模塊降額運行（háng）。使用（yòng）本（běn）產品完全不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期（qī）。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形（xíng）變或重載產生震動等因素會發生轉子（zǐ）偏心現象，偏（piān）心嚴重（chóng）時還會造成電機掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產中（zhōng）常常通過增加氣（qì）隙大小來預防掃膛，而（ér）氣隙增大會導致永磁（cí）體用量增加，提高電機製造成本（běn）。隨動式定子結構的模塊電機，能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（de）更小，減少（shǎo）永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同（tóng）時（shí）因為該隨動式定子結（jié）構在偏心時能繼續正常工（gōng）作，檢修（xiū）次數更少，工作時間更長，大體積球磨機（jī）檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨（mó）技術
1、立磨直驅對（duì）比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控（kòng）製，實現負載工況（kuàng）多樣性
傳統立（lì）磨速（sù）度單一，工況適應能力差。遇（yù）到突發事件，調整磨鞮高度（dù）來改變係統工作（zuò）環境，係統（tǒng）反應速度慢。永磁同步電機采（cǎi）用變頻調速，適（shì）應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統（tǒng）反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因（yīn）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（dī）速起動。為（wéi）保證在電（diàn）機（jī）起（qǐ）動過程不對電（diàn）網（wǎng）造成過大的（de）衝擊，需增加軟起動裝（zhuāng）置。三相（xiàng）感應電（diàn）機起動後（hòu），通（tōng）過減速器滿足係統（tǒng）轉矩需（xū）要，整個係統構成（chéng）複雜，係統運（yùn）行（háng）的輔助設備很多。直驅係統由變（biàn）頻控製（zhì）係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構（gòu）簡單。
(3）變（biàn）頻器（qì）軟起動（dòng），起動過程隨意設定
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（ruǎn）起動裝置起動三相感應電機，係統（tǒng）運行（háng）。係統控製複雜，低（dī）速無法實現過載輸（shū）出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動（dòng）條件（jiàn）。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運（yùn）行，係統（tǒng）控製簡單。變頻控製起動（dòng）過程（chéng）可根據實際工況進（jìn）行調整，以滿足各種（zhǒng）工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減（jiǎn）速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單元均需要（yào）時常檢查和定期維護，傳統（tǒng）係統構成單元多（duō）。同時立（lì）磨減速器結構複雜需要經常維護，維護（hù）成本（běn）費用（yòng）高。同時（shí）係統無法實現在低速運行的情（qíng）況（kuàng）下進行係統（tǒng）維護。直（zhí）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（nèi）無減（jiǎn）速器，無需額外（wài）進行維（wéi）護，係統維護成（chéng）本低。同時（shí），係統可實現在電機低速運行（háng）情況下進行係統（tǒng）維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節（jiē）電量達（dá）181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨機直驅係統的（de）優勢與球磨機直驅係統相同，這（zhè）裏（lǐ）不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意（yì）圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動（dòng）,提高了立磨效率。在立磨扶（fú）正軸承與壓力軸承上進行突破（pò），通過設計（jì）一（yī）種（zhǒng）雙向載荷扇形模塊機（jī）構（gòu）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實用型。
針對大、中（zhōng）、小型不同（tóng）尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相（xiàng）異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同（tóng）的放（fàng）置位置，均能（néng）達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維（wéi）護，節省（shěng）成本。均已申請專 利。
永（yǒng）磁直驅礦用球磨機 
