1、技術背景
傳統的（de）球磨機、立（lì）磨機大都（dōu）采用三相異步電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳（chuán）動鏈冗長、效率低、機構複（fù）雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽（yáng）工業大學電機與控製技術研究所與河（hé）南（nán）春梦直播機電設備有（yǒu）限公（gōng）司聯合設計研發（fā）的球磨機、立（lì）磨機采用（yòng）永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動（dòng）力傳輸（shū）的（de）中間環節，做成（chéng）直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機（jī），顯著提高了電機的（de）效率與功率因數，具有節能、起動（dòng）轉矩大、過載能力強、係（xì）統免維護、自動化程度高等（děng）優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計（jì），不（bú）僅降低了加工、製造、運輸等難（nán）度，還（hái）相（xiàng）當（dāng）於把一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控（kòng）製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但（dàn）是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功（gōng）率變頻器聯（lián）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（róng）量，從而降低（dī）成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大（dà）大提升了電機控製的自由（yóu）度，球磨機運行在輕載（zǎi）工（gōng）況時，完全可以（yǐ）隻運行部（bù）分（fèn）模塊電機驅動（dòng）球磨機。
在結構方（fāng）麵，本產品電機的定子采用了一種自主設（shè）計研發（fā）的隨（suí）動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構（gòu）設（shè）計（jì），確定了一種無論球磨機轉筒（tǒng）是否震動（dòng）或（huò）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（jī）械結構設計（jì）保證定子與轉子間的間隙（xì）恒定，電（diàn）機不會發生掃（sǎo）膛（táng）現象，因此（cǐ）電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小（xiǎo）很多，從（cóng）而大幅降低電機永磁體用量（liàng），降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障（zhàng）時，直接拆卸故障電機，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（fā）生故障而（ér）影響到生產工（gōng）期（qī）。
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（gòu）構成一種“小車結構”，滾（gǔn）筒就像公路，定（dìng）子塊就像汽車。滾輪貼合滾（gǔn）筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在公路行駛，公（gōng）路（lù）的起伏不影響車（chē）輪與地（dì）麵貼合，即（jí）滾（gǔn）筒偏心浮動不（bú）影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在（zài）球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣（qì）隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機（jī）始終運行在（zài）性能狀態（tài），不必停機檢修。同（tóng）時電（diàn）機定（dìng）子與轉子間的間隙也可以做（zuò）的（de）更小，減少（shǎo）永（yǒng）磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發（fā）生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電（diàn）機，采（cǎi）用獨立的扇（shàn）形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的（de）軸向兩側安裝滾輪且滾（gǔn）輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙（xì），定子塊徑向外側設有與支撐框架相（xiàng）連的彈（dàn）性機構。彈（dàn）性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮（suō）狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒（tǒng）會（huì）向（xiàng）上頂（dǐng）定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向上的吸引力（lì）的同時，定子塊上的（de）彈性機構將其向上（shàng）頂（dǐng），保證下方定子塊的滾（gǔn）輪（lún）依（yī）然貼合轉（zhuǎn）筒外（wài）表麵，使定子塊跟隨轉筒波動（dòng）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（qiú）磨機滾筒向（xiàng）下（xià）複位或繼（jì）續（xù）向下波（bō）動，則上（shàng）方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向下的吸引（yǐn）力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝（zhuāng）置的壓力大小（xiǎo）可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性（xìng）裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉（zhuǎn）筒磨損較快。
本（běn）產品將永磁電機采用模塊化控製，根（gēn）據不同（tóng）功率的電機設計采用不同個數的隨動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,多台模塊電機共（gòng）用同一個轉子，模塊電機包繞式（shì）安裝（zhuāng）在球磨機滾（gǔn）筒上。相鄰隨動式（shì）定子塊間（jiān）設有固定在支撐框架上的（de）擋（dǎng）板來對定子塊進行圓周方向（xiàng）的限位。球磨機滾（gǔn）筒的法蘭處銜接T型支撐（chēng）板,用（yòng）於支撐安裝電機轉子鐵（tiě）心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝（zhuāng）拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向（xiàng）依次拆（chāi）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（jī）構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統（tǒng）的優點
現階段大多數的球磨機（jī）仍（réng）采用（yòng）三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電（diàn）機相比（bǐ）優（yōu）勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變（biàn）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（zhè）些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永（yǒng）磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸（zhóu）器、及齒輪的傳動環節，縮短係統（tǒng）的傳動鏈，直驅係統的傳動效（xiào）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（dà）幅提升，而且直驅係統的故（gù）障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造（zào）成環境汙染。
由於（yú）本產品電機（jī）定子采用了模塊（kuài）化設計，不僅（jǐn）降低了加工（gōng），製造，運輸等難度，還（hái）相當於把一個（gè）大功率電（diàn）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，但是不增加電機的輸入電流（liú），電機不必（bì）采用（yòng）高等級絕緣，模（mó）塊化電機采用（yòng）多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變（biàn）頻器（qì）容量，從而降低成本（běn）。球磨（mó）機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部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（cí）動勢發生畸變，諧（xié）波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯（xiǎn）著（zhe）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（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（yǐ）直接拆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（gù）障子模塊而控製其餘正常子模塊（kuài）降（jiàng）額運行。使用（yòng）本產品完全不會因電機發生（shēng）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轉子偏心現象（xiàng），偏心嚴重時（shí）還會造成電機掃膛損壞（huài）電機，實際生（shēng）產中常常通過增加（jiā）氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大（dà）會導致永磁體（tǐ）用量（liàng）增加，提（tí）高電機製造成本（běn）。隨動式定子結（jié）構（gòu）的（de）模塊電機，能在轉筒偏心（xīn）時保證定子與轉子（zǐ）之間的間（jiān）隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢（jiǎn）修次數更少，工作時間更（gèng）長，大體（tǐ）積球磨（mó）機檢（jiǎn）修複雜（zá），降低檢修（xiū）次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝（zhuāng）配示意（yì）圖（tú）
二（èr）、永磁直（zhí）驅立磨技術
1、立磨直驅對比於（yú）傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳（chuán）統立磨速（sù）度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改（gǎi）變係統工作環境，係（xì）統反應速度慢。永磁同步電機采用變（biàn）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（hái）增加了速度（dù）調節以快速適應係統工（gōng）作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡（jiǎn）單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉（zhuǎn）矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電（diàn）機起動過程不對電網造成過（guò）大的（de）衝擊，需增加軟（ruǎn）起動裝置。三（sān）相感應電（diàn）機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要（yào），整個係統構成複雜，係（xì）統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻（pín）控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無（wú）需盤車係統和減速器，輔助係（xì）統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起（qǐ）動，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（dào）起動條件後（hòu），軟（ruǎn）起動裝（zhuāng）置起動三（sān）相感應電機（jī），係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載（zǎi）輸（shū）出。在低速（sù）過程（chéng）需要盤車係統，將轉速提高到三相感（gǎn）應電（diàn）機起動條件。直（zhí）驅（qū）係統直接變（biàn）頻低速起動，係（xì）統（tǒng）直接運行（háng），係統控製簡單。變頻控（kòng）製起動過程可根據實際（jì）工況進行調整，以（yǐ）滿足各種工況的需求。低速可過（guò）載輸出，滿足起動（dòng）需要，取代盤車係（xì）統（tǒng）。
(4）無減（jiǎn）速（sù）器，維護成本更低,維護（hù）次（cì）數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統（tǒng）係統構成單元多。同時（shí）立（lì）磨減速（sù）器結構複雜需要經常維護，維護成本費（fèi）用高。同時係（xì）統無法實現在低速運行的情（qíng）況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機（jī）直接驅動，控製方便。係統（tǒng）內無減速器，無需額外進行維（wéi）護，係統維護成本低。同（tóng）時，係統可實現在電機低速運行情況（kuàng）下（xià）進行係統維（wéi）護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采（cǎi）用直驅永（yǒng）磁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（shì）鯤磨（mó）機直（zhí）驅係統的優勢與球磨機直驅係統相（xiàng）同，這裏不再一—贅（zhuì）述。
2、永磁直驅立磨結構示意（yì）圖（tú）
本新型立磨結構采用永磁（cí）直驅電機驅（qū）動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力（lì）軸承（chéng）上進（jìn）行突破，通過（guò）設計一種雙向載荷扇形（xíng）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）,在工程實際中具（jù）有很強的（de）實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，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（yǒng）磁直驅電（diàn）機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達（dá）到（dào）扶正與承壓（yā）的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申（shēn）請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
