1、技術背景
傳統的（de）球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減（jiǎn）速（sù）裝置以及齒輪結（jié）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（gòu）複雜、運行維護（hù）工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與（yǔ）控製技術研究（jiū）所與河南（nán）春梦直播機電（diàn）設備有限公（gōng）司聯合設計研發（fā）的球磨（mó）機、立磨機采用（yòng）永（yǒng）磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計（jì），取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直（zhí）接滿足荷載的（de）需求，省去傳統（tǒng）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、係統免維護、自動化程（chéng）度高等優點（diǎn）。
在控製方麵,本產品電機定子采（cǎi）用了模塊（kuài）化設計，不僅降低了加工、製（zhì）造、運輸（shū）等（děng）難度，還相當於把一個大（dà）功率電機做成了多個小功率電機。模塊化（huà）電機的控製技（jì）術可以實現降低大功率電機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電（diàn）機不必采用高等級（jí）絕緣。模（mó）塊化電機采用多台小功率變（biàn）頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的（de）控製係統，大大提升了電機控製（zhì）的自由度，球磨機運行在（zài）輕載工況時，完（wán）全可以隻運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（suí）動式結構，將整圓的定子分成若幹個相（xiàng）互（hù）存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計（jì），確定了（le）一種無論球磨（mó）機轉筒是否震動或偏心，定子（zǐ）塊始終跟隨轉筒運動從而保持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（héng）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（hěn）多，從而（ér）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（fā）生故障時，直（zhí）接拆卸故障電機（jī），更換新的模塊（kuài）電機即可正常運行。使（shǐ）用本產品（pǐn）完全不會因電機發生故障而影響到（dào）生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結（jié）構”，滾筒就（jiù）像公路，定子塊就像汽車。滾（gǔn）輪貼合滾筒旋轉相當於（yú）汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼（tiē）合，即滾筒偏（piān）心浮動（dòng）不影響滾輪貼合滾（gǔn）筒，保證定（dìng）子、轉子（zǐ）間隙恒定，在球（qiú）磨機因裝配誤差、軸承（chéng）磨損（sǔn）、滾筒形變、重載震動（dòng）等原因造成電機（jī）偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始（shǐ）終運行在性能狀態，不必停機檢修。同（tóng）時電機定子與轉子間（jiān）的（de）間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨（suí）動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產（chǎn）品電機的定子為隨動式結構,基於模（mó）塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸（zhóu）向兩側安裝滾輪（lún）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（cè）設有與支（zhī）撐框架相連的彈性機構。彈性機構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（dǐng）定（dìng）子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;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其（qí）向上頂，保證下方定子（zǐ）塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒（tǒng）波動而進行徑向與圓周方向的移動（dòng），從而保證定子、轉子之間的間隙（xì）不變。球磨機滾筒向下（xià）複位或（huò）繼續向下波動，則上方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其向下的吸引力的（de）同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉（zhuǎn）筒向下壓。
本產品彈性裝（zhuāng）置的壓力（lì）大小可調（diào），對於不同（tóng）位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性（xìng）裝置（zhì）設置的壓力（lì）過大（dà）造成滾輪或轉筒磨（mó）損較快。
本產品將永磁電機（jī）采用模塊（kuài）化控（kòng）製，根據不同功率的電機（jī）設（shè）計采用不同個數的隨動式（shì）定子塊（kuài）構成一台模塊（kuài）電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多（duō）台模塊電機（jī）共用同一個（gè）轉子（zǐ），模塊電機（jī）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撐框架上的擋板來對（duì）定子塊進行圓周（zhōu）方向（xiàng）的限位。球（qiú）磨機滾（gǔn）筒的法蘭處銜接T型支（zhī）撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的（de）隨（suí）動式定（dìng）子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要（yào）沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼（ké）、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，即可將定子塊沿徑（jìng）向拉出（chū），進行（háng）檢修或更換新的定子塊。
3、采用（yòng）本產品代替傳（chuán）統磨機的（de）電機驅動（dòng）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（qì）、減速裝置以（yǐ）及齒輪（lún）結構進行驅動。永磁（cí）同步電機（jī）與感（gǎn）應電機（jī）相比優勢是它有較（jiào）高的效率和功率因（yīn）數，損耗（hào）大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩（wěn），係統（tǒng）響應速度快（kuài），感應電機（jī）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（qū），取消了中間的減（jiǎn）速機、聯軸器、及齒輪的（de）傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係（xì）統的傳動效率將提升（shēng）至少（shǎo）20%。球磨機直驅係統的（de）傳動效率不僅得到大幅提（tí）升（shēng），而（ér）且直驅係統（tǒng）的故障率低，維護檢（jiǎn）修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由（yóu）於（yú）本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低（dī）了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一（yī）個大功率電機做成了多個小功率電機。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（jiā）電機的輸入電流，電機（jī）不必采用高等級絕緣，模塊化電機采（cǎi）用多台小功率（lǜ）變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成本。球（qiú）磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部（bù）分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電（diàn）機合成磁動勢發生畸變，諧（xié）波含量（liàng）增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模（mó）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（dù）,可以利用其多電機結構和控（kòng）製（zhì）靈活的優勢，在發生故障時。可以直（zhí）接（jiē）拆卸故障電機更換（huàn）新的模（mó）塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模（mó）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。使用本產品完全不會因電（diàn）機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏（piān）心現象，偏心（xīn）嚴重時還會（huì）造成電機掃膛損壞電機，實（shí）際（jì）生產（chǎn）中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁（cí）體用量增加，提高電機製（zhì）造（zào）成本。隨動式定子結構的模（mó）塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的（de）間隙恒定，可將氣隙做的更小，減（jiǎn）少（shǎo）永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定（dìng）子結構在偏心時能繼續（xù）正常工作，檢（jiǎn）修次（cì）數更少（shǎo），工作時間更長，大體積（jī）球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是（shì）提高生產效率。
4、隨動（dòng）式球（qiú）磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立（lì）磨直驅對比於傳統（tǒng）感應（yīng）電機的優點( 1）變頻調速控製（zhì），實現負（fù）載工況多樣性
傳統立磨（mó）速度單一，工況適應能力差。遇到突（tū）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（tóng）步電機采用（yòng）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（wài），還增加（jiā）了速度（dù）調節（jiē）以快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統（tǒng）因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外（wài）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（bú）對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通（tōng）過減速（sù）器滿足係統轉（zhuǎn）矩需（xū）要，整個係（xì）統構（gòu）成複雜，係統運行（háng）的輔助（zhù）設備很多。直驅係（xì）統由變頻控製係統控製（zhì）永磁（cí）同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤（pán）車係統和減速器，輔助係（xì）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（xì）統先由低速盤（pán）車係統起動，待三相（xiàng）感應電（diàn）機達（dá）到（dào）起動（dòng）條件（jiàn）後，軟起動裝置起動三相感應電（diàn）機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過（guò）載輸出。在（zài）低速過程需（xū）要盤車係（xì）統，將轉（zhuǎn）速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統（tǒng）直（zhí）接變頻低速起動，係（xì）統直接運行，係統控製簡單。變頻控（kòng）製起（qǐ）動過程可根據實際工況進行調（diào）整，以滿足各種工況的需求（qiú）。低速（sù）可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係（xì）統各構成（chéng）單元均需要時常檢查（chá）和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複（fù）雜需要經常維護，維護成本費（fèi）用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進（jìn）行係統維護（hù）。直驅係統構成單元簡（jiǎn）單，變頻器控製永磁同步（bù）電機直接驅動，控製方便（biàn）。係統內無減速器，無需額（é）外進行（háng）維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情（qíng）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）用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達（dá）181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨（mó）機直（zhí）驅係（xì）統相同，這（zhè）裏不再（zài）一—贅述。
2、永（yǒng）磁直驅立磨（mó）結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅（qū）動,提高了立磨（mó）效率。在立磨扶正軸承與壓力軸（zhóu）承上進行突（tū）破，通過設計一種雙向載荷（hé）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（bìng）降低（dī）成本,在工程實際中（zhōng）具（jù）有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別（bié）設計了三種立磨專用永（yǒng）磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永（yǒng）磁直驅電機具有雙向載荷（hé）機（jī）構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並（bìng）且方便（biàn）製造（zào）、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅（qū）礦用球（qiú）磨機 
