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（lián）軸器、減速（sù）裝（zhuāng）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、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究（jiū）所與河南春梦直播機電設備有限公司（sī）聯合（hé）設計研發的（de）球磨機、立磨機采（cǎi）用永磁直（zhí）驅電機,通過將電動機與機（jī）械結構進行（háng）機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省（shěng）去傳統磨機的減速機（jī），顯著（zhe）提高了電機（jī）的效率與功率因數，具有節能、起（qǐ）動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度（dù）高等優點。
在控製方麵,本產品電機（jī）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電機。模塊化電機（jī）的（de）控製技術可以實現降低大（dà）功率電機的輸入電（diàn）壓，但是不增（zēng）加（jiā）電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合（hé）供（gòng）電，這樣設計降低了電機的（de）供電電壓和使用的變頻器容量，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，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機驅動球（qiú）磨機。
在結構方麵，本產品（pǐn）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）分成若幹個相互存在間隙的小扇形（xíng）塊，通過機械（xiè）結構設（shè）計，確定了一種（zhǒng）無論球磨（mó）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（chí）定子與轉子間隙恒定的（de）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，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小很多（duō），從而大幅降低電機永磁體用量，降低（dī）生產成本（běn），節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電（diàn）機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產（chǎn）品完全不會因電機發生故障而影響到生（shēng）產工期。
2、球磨機專用隨動式永（yǒng）磁直驅電機概述
本產（chǎn）品的隨動式定子結構構成一種“小車（chē）結構”，滾筒就像公路，定子（zǐ）塊就像（xiàng）汽車。滾（gǔn）輪貼合滾（gǔn）筒（tǒng）旋（xuán）轉（zhuǎn）相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地（dì）麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合（hé）滾筒，保證定子（zǐ）、轉子（zǐ）間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變、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（zhèng）磨機始終運（yùn）行在性（xìng）能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間（jiān）隙也可以做的更小（xiǎo），減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構（gòu）,基於模塊化永磁直驅電機，采（cǎi）用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定（dìng）子塊的軸（zhóu）向兩側安裝滾輪且滾輪貼合（hé）滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊（kuài）徑向外（wài）側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構（gòu）在（zài）球磨機滾筒不偏心時處於半壓（yā）縮（suō）狀態,如果球磨機滾筒向上波（bō）動，轉筒會向上頂定（dìng）子塊上安裝的滾輪，進而帶動（dòng）定子塊向上移動，上方彈性機構繼續（xù）壓縮;下方（fāng）定（dìng）子塊在受到永磁體對其向上（shàng）的吸引力的同時，定（dìng）子（zǐ）塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依（yī）然貼（tiē）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，從而保證定子、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，則上方定子塊（kuài）在受到（dào）永磁（cí）體對（duì）其向下的吸引力的（de）同時，彈性機構將（jiāng）上方其向（xiàng）下壓,下方定子塊被轉筒向下（xià）壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於（yú）不（bú）同位置的定子塊設置不同（tóng）的壓力,避免因彈性裝置設（shè）置的壓（yā）力過大（dà）造成（chéng）滾（gǔn）輪或轉筒磨損較快。
本產品將（jiāng）永（yǒng）磁電機采用模（mó）塊化控製，根據不（bú）同功率的電機設計采用不同個數的隨動（dòng）式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模（mó）塊電機構成（chéng）,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨（suí）動式定子塊間設有固（gù）定在（zài）支撐框（kuàng）架上（shàng）的擋（dǎng）板來對定（dìng）子塊（kuài）進（jìn）行圓周方向的限位。球磨機滾筒的（de）法蘭處銜接T型支撐板（bǎn）,用於支撐安裝（zhuāng）電機轉子鐵心（xīn）及磁鋼。
本產品（pǐn）的（de）隨動式定子塊安裝拆卸十分（fèn）便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次（cì）拆卸（xiè）密（mì）封外（wài）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（zhī）撐架，即可將定子塊沿徑向拉出（chū），進行檢（jiǎn）修或更（gèng）換新的定（dìng）子（zǐ）塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的（de）電機驅動（dòng）係統的優點（diǎn）
現（xiàn）階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機（jī）、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結（jié）構進行驅動。永磁同（tóng）步電機與感應電機相比優勢是它（tā）有較高的效率和（hé）功率因數，損耗大大降低（dī），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（yuán）因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯（lián）軸器、及（jí）齒輪的（de）傳動（dòng）環節，縮短係統的傳動（dòng）鏈，直驅係統的傳動（dòng）效率將提升至（zhì）少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得（dé）到大幅提升，而（ér）且直驅係統的故障（zhàng）率低，維護檢修方便，還（hái）避免了傳統設備因漏油造成環（huán）境汙染。
由於本產品（pǐn）電（diàn）機定（dìng）子采用了（le）模塊化設計，不僅降低了加工，製（zhì）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（gōng）率電機。模塊化（huà）電機的控製技（jì）術（shù）可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不（bú）增加電機的（de）輸入電流（liú），電機（jī）不必采用高等級絕（jué）緣，模塊化電機采用多台小功率變（biàn）頻器聯合供（gòng）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（ér）降低成本。球磨機運行在輕載工況（kuàng）時,完全可以隻運行部分模（mó）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發生畸變，諧波含量增加（jiā），平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行（háng）了模塊化設計，每個模塊電（diàn）機都具有一套獨（dú）立（lì）的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆（chāi）卸故障（zhàng）電機更換新的模塊電機即可正常運行。模（mó）塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切（qiē）除故障子模塊而控製其餘正常子（zǐ）模塊降額運行。使用本產品（pǐn）完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機（jī）因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重（chóng）載產生震動等因素（sù）會發（fā）生轉子偏心現象（xiàng），偏心（xīn）嚴重時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（dà）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（suí）動式定子結構的模塊電（diàn）機，能在轉筒偏心（xīn）時保證定子與轉子（zǐ）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（shēng）掃膛現象，同時因為該隨（suí）動式定子結構在（zài）偏心時能（néng）繼續正常工作（zuò），檢修次數更少，工作時間更（gèng）長，大（dà）體積球磨機檢修（xiū）複雜，降低檢修（xiū）次數就（jiù）是提高生產（chǎn）效率。
4、隨動（dòng）式球磨機裝配（pèi）示意圖
二、永磁直驅（qū）立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統（tǒng）感應電機的優（yōu）點( 1）變（biàn）頻調速（sù）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，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度（dù）慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能（néng）力強。遇到突發（fā）事（shì）件（jiàn），除調整磨輾高度外，還增加（jiā）了速度調節以快速適應係統工作環（huán）境，係（xì）統反應速（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（wú）法在低速實現（xiàn）大轉矩輸出，需要額（é）外的盤車係統滿足（zú）立（lì）磨的低速起動。為保證在電機起動過程不（bú）對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動後，通過減速器滿（mǎn）足係統轉矩需要，整個係統構（gòu）成複雜，係統運行的輔助設備很多。直（zhí）驅係統（tǒng）由變頻控製係統（tǒng）控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要（yào），無需盤車係統和減速（sù）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（yóu）低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控（kòng）製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需（xū）要盤車係統，將轉速提高到三相感應電（diàn）機（jī）起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統（tǒng）直接運（yùn）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（zhěng），以滿（mǎn）足各種工況的需求。低速可過（guò）載輸出，滿足起動需要（yào），取（qǔ）代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數（shù）少
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係（xì）統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成（chéng）本費用高。同（tóng）時係統無法實現在低速運行（háng）的情（qíng）況下進行（háng）係統維護。直驅係統構成單元（yuán）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，無需額外進行維護，係統維護成本（běn）低。同時，係統（tǒng）可實現在電機低速運行情況下進行係統（tǒng）維（wéi）護。
(5）傳動效率（lǜ）高,節能效果明顯（xiǎn）
綜上采用直驅永（yǒng）磁（cí）電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬（wàn）元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係（xì）統的（de）優勢與球（qiú）磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖（tú）
本新（xīn）型立磨（mó）結構（gòu）采用（yòng）永磁（cí）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（jìn）行突破，通過設計一種（zhǒng）雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑（jìng）軸承，方便加工、生產、運輸、裝（zhuāng）配、維修，並降低成本,在工程實（shí）際中具有很強的實（shí）用型。
針對大、中、小型不（bú）同尺寸的立磨，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異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與（yǔ）不同的放置位置，均能達到（dào）扶正與承壓（yā）的作用，並且方便製造（zào）、裝配維護，節省成（chéng）本。均已申請專（zhuān） 利。
永磁（cí）直驅礦用球磨機 
