1、技（jì）術背景
傳統的球磨機、立（lì）磨機大都采用（yòng）三相異（yì）步電動機、聯軸（zhóu）器（qì）、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機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜（zá）、運行維護工作量（liàng）大等問題。
沈陽工業大學電機（jī）與控製技術（shù）研究所與（yǔ）河南麻豆免费版機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁（cí）直驅電機,通過（guò）將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸（shū）的中間環節，做成直驅（qū）方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起（qǐ）動轉矩大、過載能力強、係統（tǒng）免維護（hù）、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（bǎ）一個大功率電機做成了多（duō）個（gè）小功率電機。模塊化電機的（de）控製技術可以實現降低大功率電機的輸（shū）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。模塊化（huà）電機采用（yòng）多台小功率變頻器聯合供電（diàn），這樣設計（jì）降低了電機的（de）供電電壓和使用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。每個模塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統，大（dà）大提升（shēng）了電機控製的自由度，球磨機運行（háng）在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機（jī）的（de）定子（zǐ）采用了一種自主設計研發的隨動式（shì）結構（gòu），將整圓的定子分成若幹個相互存在間（jiān）隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機（jī）轉筒是否震動或偏心，定（dìng）子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙（xì）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（de）間隙恒定，電機不會發生（shēng）掃膛現象，因此電機（jī）的氣隙可以設計的比（bǐ）普通永磁直驅電機的小很多（duō），從而大幅降低電機永磁（cí）體用量（liàng），降低生產成本（běn），節約稀土（tǔ）資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直（zhí）接（jiē）拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而（ér）影響到生產工期。
2、球磨機專（zhuān）用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式（shì）定子結構構成一種“小車結構（gòu）”，滾筒就像公路，定子（zǐ）塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋（xuán）轉相當於汽車在公路行駛（shǐ），公路的起（qǐ）伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影（yǐng）響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間（jiān）隙恒定，在球（qiú）磨機因裝配誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變（biàn）、重載震動等原（yuán）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（zài）性能狀態，不必停機檢修。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（yòng）量，並且因為（wéi）隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子（zǐ）為隨動式結構,基於模（mó）塊（kuài）化永磁直驅電（diàn）機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側（cè）安裝滾（gǔn）輪且滾輪貼合滾筒來確定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（jī）滾（gǔn）筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒（tǒng）向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的（de）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）子塊在受到永磁（cí）體（tǐ）對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構（gòu）將其向（xiàng）上頂，保證下方定子塊的（de）滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保（bǎo）證定子（zǐ）、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動（dòng），則上方定子塊在（zài）受到（dào）永磁體對其向下的吸引力的同時，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（de）壓力大（dà）小可（kě）調，對於不同位（wèi）置的定（dìng）子塊設置不同的壓力,避免因彈性（xìng）裝置設置的（de）壓力過大造成滾輪或轉筒（tǒng）磨損較快。
本產品將（jiāng）永（yǒng）磁電機采用（yòng）模塊化控製，根（gēn）據不同功率的（de）電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模（mó）塊電機，一台整圓電（diàn）機由多台模（mó）塊電機構成,多（duō）台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包（bāo）繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨（suí）動式定子塊間設有固定（dìng）在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周（zhōu）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。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需（xū）要沿球磨（mó）機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊（kuài）之間的連（lián）接杆、彈性機構（gòu）支撐架，即可將定子塊沿徑向拉（lā）出，進行檢（jiǎn）修或（huò）更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的（de）電（diàn）機驅動係統的優點
現階段大（dà）多數（shù）的球（qiú）磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構（gòu）進行驅動。永磁（cí）同（tóng）步電機（jī）與感應電機相比優勢是它有（yǒu）較高的效率和功率因數，損（sǔn）耗大大降低，節約了能源。永磁電機（jī）通過變頻器進行（háng）調速，電機運（yùn）行平穩，係統響應（yīng）速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機（jī）應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間（jiān）的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅（qū）係統的（de）傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效（xiào）率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設（shè）備（bèi）因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不（bú）僅降低（dī）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（kuài）化電機的控製技術可以實（shí）現降低大（dà）功率電（diàn）機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電（diàn）機的輸入電流，電機（jī）不必采用高（gāo）等級（jí）絕緣，模塊化電機（jī）采用多台小功率變頻器聯合供（gòng）電。這樣（yàng）設計降低了電機的供電電壓和使用的變（biàn）頻（pín）器容量，從而降低成（chéng）本。球（qiú）磨機運行在輕載工況時,完全可（kě）以隻運（yùn）行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢（shì）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（fǎ）繼續正（zhèng）常運行（háng）。而本產品進行了模塊化（huà）設計，每個（gè）模塊電機都具有一套獨立的（de）控製係統，大大提（tí）升了電機控製的自由度,可以利（lì）用其多電機結構和控製靈活的優勢，在（zài）發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電（diàn）機（jī）即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除（chú）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（bú）會因電機發生故障而影（yǐng）響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生（shēng）轉子偏心現象，偏（piān）心嚴重時（shí）還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛（táng），而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造（zào）成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心（xīn）時保證定子與轉子之（zhī）間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會（huì）發生掃膛現象，同時因為（wéi）該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常（cháng）工作，檢修（xiū）次數更少，工（gōng）作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球（qiú）磨機裝配示（shì）意圖
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( 1）變頻調速控製，實現負（fù）載工況多樣性
傳統立（lì）磨速度單一（yī），工況適應能力差。遇到（dào）突發事件，調整磨鞮高度來改變（biàn）係（xì）統工作環境（jìng），係統反應速度（dù）慢。永磁同步電機（jī）采用（yòng）變頻調（diào）速（sù），適應工況能（néng）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（zuò）環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相（xiàng）感應電機無法（fǎ）在低速實（shí）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（qǐ）動過程不對電網造成（chéng）過大的衝（chōng）擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通（tōng）過減速器滿足（zú）係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備（bèi）很多。直驅係統（tǒng）由變頻控（kòng）製係統控製永（yǒng）磁同（tóng）步電機起動，轉矩特性滿（mǎn）足（zú）需要（yào），無需（xū）盤（pán）車係統和（hé）減速器，輔助（zhù）係統少（shǎo），結構簡（jiǎn）單。
(3）變頻器軟（ruǎn）起動（dòng），起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係（xì）統起動（dòng），待三相感應（yīng）電機達到（dào）起動條件後（hòu），軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車（chē）係統，將轉（zhuǎn）速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係（xì）統直接運（yùn）行，係統控製簡單。變頻（pín）控製起動過程可（kě）根（gēn）據實際工況進行調（diào）整，以滿足各（gè）種工況的需求。低（dī）速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤（pán）車係統。
(4）無減（jiǎn）速器，維護成本更低,維護次（cì）數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定期（qī）維護，傳統係統（tǒng）構成單元多。同時立磨減速器結構複雜（zá）需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現（xiàn）在低速運行（háng）的情況下進行係（xì）統維護。直驅係統構（gòu）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（xì）統內無減速器，無（wú）需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統（tǒng）可實現在電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
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元（yuán）。（按照5000h,0.6元/kWh）立式（shì）鯤磨機直驅係統的優勢（shì）與球磨機直驅係統相同，這裏不再（zài）一—贅述。
2、永（yǒng）磁直驅（qū）立磨結構示意圖
本新型（xíng）立磨結構采用永（yǒng）磁直驅電機驅動,提高了（le）立磨（mó）效率。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（zǎi）荷扇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（běn）,在（zài）工程實際中（zhōng）具有很強的實用（yòng）型。
針對大、中、小型不同尺寸（cùn）的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機（jī），代替傳統的減速（sù）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，均能達到扶正與承壓的（de）作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利（lì）。
永磁直驅（qū）礦用球磨機 
