1、技術背景
傳統（tǒng）的球磨機、立磨機大都采（cǎi）用三相（xiàng）異步電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅動，導（dǎo）致球磨機的傳動係統存在（zài）機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運（yùn）行維護工作量大等問題。
沈陽（yáng）工業大學電機與控製（zhì）技術研究所與河南日本一二三区视频在线機電設備有限公（gōng）司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與（yǔ）機械結構進行機電一體化設計，取（qǔ）消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能（néng）直接滿足荷載的需（xū）求，省去傳統磨機的（de）減速機，顯著提高了電機的效率（lǜ）與功率因（yīn）數，具（jù）有（yǒu）節能、起（qǐ）動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自（zì）動化程度高等優點。
在控（kòng）製（zhì）方麵（miàn）,本（běn）產品電機定（dìng）子采用（yòng）了模塊化設計，不（bú）僅降低了加工、製造、運（yùn）輸等難度，還相（xiàng）當於（yú）把一個大（dà）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（lǜ）電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣（yuán）。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯（lián）合供電，這樣設計降低了（le）電（diàn）機的（de）供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從而降低（dī）成本。每個（gè）模塊電機都具有一套（tào）獨（dú）立的控（kòng）製係（xì）統，大大（dà）提升了電機控製的自由（yóu）度，球磨機運（yùn）行在輕載工況時，完全可（kě）以隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機（jī）。
在結構方麵，本產品電（diàn）機的定子采用了一種自主設計研（yán）發（fā）的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹（gàn）個相互存在間隙的小扇形塊（kuài），通（tōng）過機械（xiè）結構設計，確定（dìng）了一種無論球磨機轉筒（tǒng）是否震動或偏心，定子塊始（shǐ）終（zhōng）跟隨轉筒（tǒng）運動從而（ér）保持定子與轉子間（jiān）隙恒（héng）定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的（de）間隙恒（héng）定，電機不會發生（shēng）掃膛現象，因（yīn）此（cǐ）電機的氣隙可（kě）以設計的（de）比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅（fú）降低電機永磁（cí）體用量，降（jiàng）低生產成本，節（jiē）約稀土資（zī）源，節能用電量（liàng）。當模塊（kuài）發生故障時，直接拆卸故（gù）障電機，更換新的模塊電機即（jí）可正常運行。使用本產品完全不會因電機發（fā）生故障而（ér）影響到生產工期。
2、球（qiú）磨機專用隨動式永磁直驅電機概（gài）述（shù）
本產品的隨動式定子（zǐ）結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在公（gōng）路（lù）行駛，公路的起伏不影響車輪與地（dì）麵貼合，即滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定（dìng）子、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配（pèi）誤（wù）差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變、重載震動等原因造（zào）成電機偏心（xīn）、氣隙（xì）不均勻時，仍能正常運轉，保證磨（mó）機始終運行在性（xìng）能狀態，不必停機檢修。同時電機定子（zǐ）與轉子（zǐ）間的間隙也可以做的更（gèng）小，減少永磁體用量（liàng），並且因為隨動式結（jié）構，電機（jī）不會發生掃膛現象。
本產品（pǐn）電（diàn）機的定子為隨動式（shì）結構,基於模塊化永磁直驅電機（jī），采用獨立的（de）扇形定子塊結構，其隨動原理是（shì）在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子（zǐ）與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的（de）彈性（xìng）機（jī）構。彈性機構在球（qiú）磨機滾筒不偏心時處於半壓（yā）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（jìn）而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其向上的（de）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（hé）轉筒外表（biǎo）麵（miàn），使定子塊跟隨（suí）轉筒（tǒng）波動而進行徑向與圓周方向的移（yí）動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球（qiú）磨機滾筒向（xiàng）下複位或繼續向下波動，則（zé）上方定子塊在受到（dào）永磁體對其向下的吸引力的（de）同時（shí），彈性機構將上方其向下（xià）壓,下方定（dìng）子塊（kuài）被轉（zhuǎn）筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對（duì）於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因（yīn）彈性裝置（zhì）設置的壓力過大造成滾（gǔn）輪或轉（zhuǎn）筒磨損較快。
本產品將（jiāng）永磁電機采用模塊化控製，根據不同功（gōng）率的電機（jī）設計采用（yòng）不同個數的隨動式定子塊（kuài）構成一台（tái）模（mó）塊（kuài）電機，一台整圓電機（jī）由多（duō）台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式（shì）安裝在（zài）球磨機滾（gǔn）筒上。相（xiàng）鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進（jìn）行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝（zhuāng）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、彈性機構、彈性機構與定（dìng）子塊之間的連（lián）接（jiē）杆、彈性機構支撐架，即可（kě）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（chuán）統磨機的電機驅動係統的優點
現階（jiē）段大多數的球磨機（jī）仍采用三相感應電動機、聯（lián）軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢（shì）是（shì）它有較高的效（xiào）率和功率因（yīn）數，損（sǔn）耗大大降低，節約了能（néng）源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運（yùn）行平穩，係統（tǒng）響應速度快，感應（yīng）電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用（yòng）越來（lái）越廣泛（fàn）的原因。
采用永磁直驅，取消了中（zhōng）間的減速機、聯軸器、及齒輪（lún）的傳動環節，縮短係統的（de）傳動鏈（liàn），直驅（qū）係統的（de）傳動（dòng）效率將提升至少（shǎo）20%。球磨機直驅係統的傳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。
由於本產品電機定子采（cǎi）用了模塊化設計，不僅降低了加（jiā）工，製（zhì）造（zào），運輸等難度（dù），還相當（dāng）於把一個（gè）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，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等（děng）級絕緣，模塊化電機采（cǎi）用多台（tái）小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低（dī）了電機的供（gòng）電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運（yùn）行部（bù）分（fèn）模塊電機驅（qū）動球磨機。
傳統（tǒng）電機故障時，會導致電機合成（chéng）磁動勢發生畸變，諧波（bō）含量增加，平均轉矩下（xià）降，轉矩波（bō）動顯著增加，無法繼續正常運（yùn）行。而本產品進（jìn）行了模塊化（huà）設計，每個模塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統（tǒng），大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電（diàn）機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直（zhí）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（qiē）除故障子模塊而控製其餘正常子模塊（kuài）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。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變或（huò）重載產（chǎn）生震動等因素會發生（shēng）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（guò）增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體（tǐ）用量增加，提高電機製（zhì）造成本（běn）。隨動（dòng）式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時（shí）保證定子與轉子之（zhī）間的間隙恒（héng）定，可將氣（qì）隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會（huì）發生掃膛現象（xiàng），同時（shí）因為該隨動（dòng）式定子結構在偏心時能繼續正常（cháng）工作，檢修次數更少，工作（zuò）時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低（dī）檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝（zhuāng）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（yīng）電機的優點( 1）變頻調速（sù）控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度（dù）單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來（lái）改變係統工（gōng）作環境，係統反應速度慢。永磁同（tóng）步電機采用變頻調（diào）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速適應係（xì）統（tǒng）工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三（sān）相感應電機無法（fǎ）在低速（sù）實現大轉矩（jǔ）輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三（sān）相感應（yīng）電機起（qǐ）動後，通過（guò）減速器滿足係（xì）統（tǒng）轉矩需要，整（zhěng）個係統構成複雜，係統運行（háng）的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製（zhì）永磁（cí）同步電機起動，轉矩特性（xìng）滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔（fǔ）助係統少，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（xiān）由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到（dào）起動條（tiáo）件後，軟起動（dòng）裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實（shí）現過載輸出。在低速過程需要（yào）盤車係統，將轉（zhuǎn）速提高到三相感應電機起動條件。直驅係（xì）統直接變頻低速起動，係統直接運（yùn）行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進（jìn）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，取代盤車係統。
(4）無（wú）減速器，維護（hù）成本更低,維護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和（hé）定期維護，傳統（tǒng）係統（tǒng）構成（chéng）單元多。同時立磨減速器結構複雜需（xū）要經常維護（hù），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行係統維護。直驅係統（tǒng）構（gòu）成單元簡（jiǎn）單，變頻器控製永磁同步電（diàn）機直（zhí）接驅動，控製方便。係統內（nèi）無減速器，無（wú）需額外進行維護，係統維護（hù）成本低。同（tóng）時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動（dòng）效（xiào）率高,節能效果明顯
綜（zōng）上采（cǎi）用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年（nián）節（jiē）電量（liàng）達181萬（wàn）元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機（jī）直（zhí）驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不（bú）再一—贅述。
2、永磁（cí）直驅立磨結構示意（yì）圖
本新型立（lì）磨結構采用（yòng）永（yǒng）磁直驅（qū）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行（háng）突破（pò），通過設計一種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、裝配、維修，並降（jiàng）低（dī）成本,在（zài）工程實際中具有很強的實（shí）用型。
針對大、中（zhōng）、小型不同（tóng）尺寸的立磨，分別設計了三種立（lì）磨（mó）專用永磁電機，代替傳（chuán）統的減速（sù）機與三相異步電動機，永磁（cí）直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且（qiě）方便製造（zào）、裝（zhuāng）配維護，節省成本。均已（yǐ）申請（qǐng）專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
