1、技術背（bèi）景（jǐng）
傳統的球磨機、立磨機大都采（cǎi）用（yòng）三相異步電動（dòng）機（jī）、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構（gòu）進行驅動，導致球磨機的傳（chuán）動係統存在機（jī）械傳動鏈（liàn）冗（rǒng）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（kòng）製技（jì）術研究（jiū）所與河南日本一二三区视频在线機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動（dòng）機與機械結構進行機電一體化設（shè）計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿（mǎn）足荷載的（de）需（xū）求，省去傳統磨機（jī）的減速（sù）機，顯著提高了電機的效率與功（gōng）率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能（néng）力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本（běn）產品電機定子采用了模塊化（huà）設計，不僅降低了加工、製造、運（yùn）輸等難（nán）度，還相當於把一個大功（gōng）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，但是不增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機（jī）采用多台小功率變頻器聯（lián）合供電，這樣設計降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的（de）變頻器容量，從而降低成本。每個模（mó）塊電機都具有一套（tào）獨立的控製（zhì）係統，大大提升（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（kě）以隻運行部分（fèn）模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本（běn）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（yuán）的定子（zǐ）分成若幹個相互存在間隙的小（xiǎo）扇形塊，通過機械結構設計（jì），確定了（le）一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心（xīn），定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持（chí）定子與轉子間（jiān）隙恒定的結（jié）構。本產（chǎn）品通過機械結構設計保證定子與（yǔ）轉子間的間隙（xì）恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機（jī）的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永（yǒng）磁體用量（liàng），降低生產成本，節約稀土資源，節能用（yòng）電量。當模塊發生故障（zhàng）時，直接（jiē）拆（chāi）卸故（gù）障電機（jī），更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。使用本產（chǎn）品完（wán）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（gài）述
本產品的隨動式定子（zǐ）結構構成一種“小車結構”，滾筒（tǒng）就像公路，定子塊就（jiù）像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當（dāng）於汽車在公路行駛（shǐ），公路的起伏不影響車輪（lún）與地麵貼合，即（jí）滾筒偏心浮動不影（yǐng）響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球（qiú）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、氣隙不均勻時，仍能（néng）正常運轉，保（bǎo）證磨機始終（zhōng）運行在性（xìng）能狀態，不必（bì）停機檢修。同時電（diàn）機定子與轉子間（jiān）的間隙也可（kě）以做的更（gèng）小，減少永磁體用量，並且因（yīn）為隨動式（shì）結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為（wéi）隨動式結（jié）構,基於模塊化永磁（cí）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向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒（tǒng）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（gòu）在球磨機滾筒不偏心時處於半（bàn）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滾輪，進而帶動定子塊（kuài）向上移動（dòng），上方彈性機構繼續壓縮;下方定（dìng）子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的（de）彈性機構將其向上頂，保證下方定（dìng）子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動（dòng）而（ér）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（bō）動，則上方定子塊在受（shòu）到永磁體對其向下的吸引力（lì）的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒（tǒng）向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子（zǐ）塊設置不同的壓力,避免因（yīn）彈性裝置設（shè）置的壓力（lì）過大造成滾（gǔn）輪或轉筒磨損較快（kuài）。
本產品將永磁電機采用模塊化控（kòng）製，根據不同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（tái）整圓（yuán）電（diàn）機由多台模塊電機（jī）構成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝（zhuāng）在球磨機滾筒上。相鄰隨（suí）動（dòng）式定子塊間設有固（gù）定在支撐框（kuàng）架上（shàng）的擋板來對定子塊進行圓周（zhōu）方向（xiàng）的限位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜接T型支撐板（bǎn）,用於支撐安（ān）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（fèn）便捷，隻需（xū）要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機（jī）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，進行檢修或（huò）更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動（dòng）係統的優點（diǎn）
現階段大多數的球磨機仍采用三相感（gǎn）應電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝（zhuāng）置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比（bǐ）優勢是它有較高的效率和功率（lǜ）因數，損耗大大降（jiàng）低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速（sù），電機運行平穩，係統（tǒng）響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是（shì）近年來永磁電機應（yīng）用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消（xiāo）了中間的（de）減速機、聯軸器、及齒輪（lún）的傳（chuán）動環節，縮短係（xì）統的傳動鏈，直驅係統的（de）傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅（qū）係統的傳動效率不僅得到大幅提升（shēng），而且直驅（qū）係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了（le）傳統（tǒng）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計，不僅降低了加工，製（zhì）造，運輸等難度，還相當於把一個大（dà）功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技（jì）術可以實現降低大功率電機的輸入（rù）電壓，但是（shì）不（bú）增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電（diàn）機采用多台小功率變頻器聯合（hé）供電。這樣設計（jì）降低（dī）了電機的供電電壓和（hé）使用的變頻器容量，從（cóng）而（ér）降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動（dòng）球磨機。
傳統電（diàn）機故（gù）障時，會導致電（diàn）機合（hé）成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩（jǔ）下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產（chǎn）品進行了模（mó）塊化設計，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（de）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。可以直接拆（chāi）卸故障電機更換（huàn）新的模塊電機即可（kě）正（zhèng）常運行。模塊化（huà）電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而（ér）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（zhàng）而影響到生產工期。
球磨機因加工誤（wù）差、軸承磨（mó）損、滾筒形變（biàn）或重載產生震動等因素（sù）會（huì）發生轉子偏心現象，偏心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小來預（yù）防掃（sǎo）膛，而氣隙增大會導致永磁體用（yòng）量增（zēng）加，提高電機製（zhì）造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉（zhuǎn）筒偏（piān）心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，電機（jī）不會發生掃膛現象，同時因（yīn）為該（gāi）隨動式（shì）定子結構在偏心時能繼續正（zhèng）常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效（xiào）率。
4、隨動式球磨機（jī）裝配示意圖
二、永磁直驅立磨（mó）技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻（pín）調速控製，實現負載（zǎi）工況多樣性
傳統（tǒng）立磨（mó）速度單一，工況適（shì）應能（néng）力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係（xì）統工作（zuò）環境，係統反應速度慢（màn）。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇（yù）到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快（kuài）速適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可（kě）靠性高
傳統係統因三相感（gǎn）應（yīng）電機（jī）無法在低速實現大轉（zhuǎn）矩輸出，需（xū）要額外的盤車係統滿（mǎn）足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不（bú）對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助（zhù）設備很多。直驅係統由變頻（pín）控製係統控製永磁同步電機（jī）起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車（chē）係統和減速器，輔（fǔ）助係統少，結（jié）構簡單。
(3）變（biàn）頻器軟起動，起動過程隨意設定（dìng）
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動（dòng）裝置起動三相（xiàng）感應電機，係（xì）統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速（sù）過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條（tiáo）件。直驅係統直接變頻（pín）低速起（qǐ）動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻（pín）控製起動過程可根據實際工況進行調整（zhěng），以滿足各種工況的需（xū）求。低速可過載輸出，滿（mǎn）足起（qǐ）動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維（wéi）護成本更（gèng）低,維護次數少（shǎo）
係統各構成（chéng）單元（yuán）均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨（mó）減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進（jìn）行係統維護。直驅係（xì）統構成單元簡（jiǎn）單，變頻器控製永磁同步電機直接驅（qū）動，控（kòng）製方便。係統內無減速器，無需額外進行（háng）維護（hù），係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行（háng）情況下（xià）進行（háng）係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用（yòng）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）立式鯤磨機直驅係（xì）統的優勢與球磨機（jī）直驅係統（tǒng）相（xiàng）同，這裏不（bú）再一—贅述。
2、永磁直驅立（lì）磨結構示意圖
本（běn）新型立磨結構采用永磁直驅（qū）電機驅動,提高了立磨效率。在立磨（mó）扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產（chǎn）、運輸（shū）、裝配（pèi）、維修（xiū），並降低成本,在工程實際中具有（yǒu）很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺（chǐ）寸的立磨，分別設計了（le）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，永磁直驅電機具有雙向載（zǎi）荷機構與不同的放置位（wèi）置，均（jun1）能達到扶正與承（chéng）壓的作（zuò）用（yòng），並且方便製造、裝配維護，節省（shěng）成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機（jī） 
