1、技術背景
傳統的球（qiú）磨機、立磨機大都采用三相異（yì）步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結（jié）構（gòu）進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳（chuán）動鏈冗長、效（xiào）率低（dī）、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研（yán）究所與（yǔ）河南春梦直播機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采（cǎi）用永磁直驅電機,通（tōng）過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直（zhí）驅方案，能直接滿足荷（hé）載的需求，省去傳統磨機的減速（sù）機，顯著提高了電機的效率與（yǔ）功率因數，具有節能、起動轉矩（jǔ）大、過載能力強、係統免維（wéi）護、自動化程度高（gāo）等優點。
在控製（zhì）方麵（miàn）,本產品電機定子采用了模（mó）塊（kuài）化（huà）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（le）多個小（xiǎo）功率電機。模塊（kuài）化電機的控製技術（shù）可以實（shí）現降低大功率電機的輸入電壓，但是不（bú）增加電機的輸（shū）入（rù）電流，電機不必采用高等級絕（jué）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（jī）的供電電壓和使用的變頻器容量，從而（ér）降低（dī）成本。每個模塊電機都具有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（jī）運行在輕載工況時，完全可以（yǐ）隻運（yùn）行部分模（mó）塊電機驅動球磨機。
在結構（gòu）方麵，本產品電機的定子采用了（le）一種（zhǒng）自主設計研發的隨動式結構（gòu），將整圓的定子分成（chéng）若幹個相互存在（zài）間隙（xì）的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論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與轉子間隙恒定的結構。本產品（pǐn）通過機械結構設計保（bǎo）證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛（táng）現象，因此電機的氣隙（xì）可以設計的比（bǐ）普通永磁（cí）直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁（cí）體用量，降低生產成本，節（jiē）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（jī）即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故（gù）障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁（cí）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，定子塊就像（xiàng）汽車。滾輪（lún）貼合（hé）滾筒旋（xuán）轉相（xiàng）當於汽車在（zài）公路（lù）行駛，公路的起伏不影響（xiǎng）車輪與地麵（miàn）貼合，即滾筒偏心浮動不影（yǐng）響滾輪貼合（hé）滾筒，保證定子、轉子（zǐ）間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變、重（chóng）載震動等原（yuán）因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正（zhèng）常（cháng）運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間（jiān）的間（jiān）隙也可（kě）以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會（huì）發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨（suí）動式結構,基於模塊化永磁直驅電機（jī），采用獨立的扇形定（dìng）子塊結構，其隨動原理是在定（dìng）子塊的軸向兩側安裝（zhuāng）滾輪且滾輪（lún）貼（tiē）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（xìng）機構（gòu）在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構（gòu）繼續壓縮;下方定子塊在（zài）受到永磁（cí）體（tǐ）對其向上的吸引力的（de）同時，定子塊（kuài）上的彈性機構將其向上頂（dǐng），保證下方定子塊的滾輪（lún）依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟（gēn）隨轉筒波動而進行徑（jìng）向（xiàng）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（gǔn）筒向下（xià）複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸（xī）引（yǐn）力的同時，彈性機構將上（shàng）方其向（xiàng）下壓,下方（fāng）定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不（bú）同（tóng）位置的定子塊設置不同（tóng）的壓力,避免（miǎn）因彈（dàn）性裝置設置的壓力（lì）過大造成滾輪或轉筒（tǒng）磨損較快。
本產品將永磁電機采用模（mó）塊化控製，根（gēn）據不同功（gōng）率的電機設計采用不同個數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,多台模（mó）塊電機共用同一個轉子，模塊電（diàn）機包繞式安（ān）裝在（zài）球磨機滾（gǔn）筒上。相鄰隨動式定子（zǐ）塊間（jiān）設有固定在支撐框架上（shàng）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（yú）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，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機（jī）構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出（chū），進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨（mó）機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機（jī）、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電（diàn）機與感應電機相比優勢是它有（yǒu）較（jiào）高的效率（lǜ）和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過（guò）變頻（pín）器進行調速，電機運行平（píng）穩，係統響應速度快，感應（yīng）電（diàn）機則（zé）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，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係（xì）統的傳動效率將提（tí）升至少20%。球（qiú）磨機直驅係統的傳（chuán）動效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，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙（wū）染。
由（yóu）於本產品電機定子采用了模塊化設（shè）計，不僅降（jiàng）低了加工，製造，運輸等難度，還（hái）相當於把（bǎ）一（yī）個大功率電機做成了多個（gè）小功率電機。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，但是不增加電機（jī）的（de）輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機（jī）采（cǎi）用多台小（xiǎo）功率（lǜ）變頻器聯合供電。這樣（yàng）設計降（jiàng）低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而（ér）降低成本。球磨機運行在（zài）輕載工況時,完全可以（yǐ）隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時（shí），會導致電機合（hé）成磁動勢發生畸變，諧（xié）波含量增加，平均轉（zhuǎn）矩（jǔ）下降，轉矩（jǔ）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，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利（lì）用其多（duō）電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可（kě）以直接拆（chāi）卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障（zhàng）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電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因（yīn）素（sù）會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞（huài）電機，實際生產中常常（cháng）通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證（zhèng）定子與轉子之間的間隙恒（héng）定，可將氣（qì）隙做（zuò）的（de）更小，減少永磁體用量，電機（jī）不會發生掃膛現象，同時（shí）因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修（xiū）次數更少，工作時間更長，大體積球（qiú）磨機檢修複雜，降低檢修次數就（jiù）是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁（cí）直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點（diǎn）( 1）變頻（pín）調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來（lái）改變（biàn）係統工作環境，係統反應速（sù）度慢。永磁同（tóng）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，還增加了速度調節以快速適應（yīng）係統工作環境（jìng），係統反應速度更快（kuài）。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠性（xìng）高
傳（chuán）統係統因三相感應電機無法在（zài）低速實現大轉（zhuǎn）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（zài）電機起動過程不對電（diàn）網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相（xiàng）感應電機起動（dòng）後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係（xì）統運行（háng）的輔助設備很多。直驅係統由（yóu）變頻控製係統控製永（yǒng）磁同步電機起動，轉矩（jǔ）特性滿足需要，無需盤車係統和減速器（qì），輔助係統少（shǎo），結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨（suí）意設（shè）定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相（xiàng）感應電機達到起動（dòng）條件後（hòu），軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行（háng）。係統控製複雜，低速無法實現過載（zǎi）輸出。在低速過程需要盤車係（xì）統，將轉（zhuǎn）速提高到（dào）三相感應電（diàn）機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，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調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係（xì）統。
(4）無減速器，維護（hù）成本更低,維護次數少
係（xì）統（tǒng）各構成（chéng）單元均需要時常檢查和定期維護（hù），傳統（tǒng）係統（tǒng）構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法（fǎ）實現在低速運行的情況下進行係統（tǒng）維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製（zhì）永磁同步電機（jī）直（zhí）接驅動，控製方便。係統（tǒng）內無減速器，無需（xū）額外進行維（wéi）護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速（sù）運行情況下進行係統維（wéi）護。
(5）傳動效率（lǜ）高,節能效（xiào）果明顯（xiǎn）
綜上采用直驅永磁（cí）電機取代傳統驅（qū）動係（xì）統年節電量達181萬元。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立式（shì）鯤磨機直驅係統的（de）優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅（qū）立磨結構示意圖
本新型（xíng）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（yā）力軸承上進（jìn）行突破（pò），通過設計一種雙（shuāng）向載荷扇形模塊（kuài）機構（gòu）替代大直徑軸承，方（fāng）便加工、生（shēng）產、運輸、裝配、維修，並降低成本（běn）,在（zài）工程實際中具（jù）有很（hěn）強（qiáng）的實用型。
針對（duì）大、中、小型不同尺寸的立（lì）磨，分（fèn）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（bú）同的（de）放置（zhì）位置，均能（néng）達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配（pèi）維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球（qiú）磨機 
