1、技術背景
傳統的球磨（mó）機、立磨機大都采用三相異步電（diàn）動（dòng）機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存（cún）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（shěn）陽工業大學電機與控製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司聯合設計研發的球磨機、立磨機（jī）采（cǎi）用永磁直驅（qū）電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方（fāng）案，能直接滿足荷載的需（xū）求，省去傳統磨機的減速機，顯著提（tí）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（xì）統免維護、自（zì）動化程度高等優點。
在控（kòng）製方麵（miàn）,本產品電機定子采用（yòng）了模塊（kuài）化設計，不僅（jǐn）降低了加工、製造、運（yùn）輸等難度，還相（xiàng）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（yǐ）實現降低大功率電機的（de）輸入電壓，但是不增加（jiā）電機的輸入電流，電機不必采用（yòng）高（gāo）等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設（shè）計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了（le）電機控製的自（zì）由度，球磨機運行在（zài）輕載工況時，完全可以隻運行部分模（mó）塊電機驅動球磨機。
在結構方（fāng）麵，本產品電機的定子采用了（le）一種自（zì）主設計研發的隨（suí）動式結（jié）構，將整圓的（de）定子分成（chéng）若幹個相互存在間隙的（de）小扇形塊，通過機械（xiè）結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是（shì）否震動或（huò）偏心，定子塊始終跟（gēn）隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構（gòu）設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不（bú）會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以（yǐ）設計的比普通永磁直驅電機的小（xiǎo）很多，從而大幅降低電機（jī）永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直（zhí）接拆卸（xiè）故障電機，更換新的模塊電機即可（kě）正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而（ér）影響到（dào）生產工期（qī）。
2、球磨機（jī）專用隨動式永磁直驅電機概述
本產（chǎn）品的隨動式定子結（jié）構構成一種（zhǒng）“小（xiǎo）車結（jié）構”，滾筒（tǒng）就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏心浮動不影響滾輪貼（tiē）合滾筒（tǒng），保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載（zǎi）震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機（jī）始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與（yǔ）轉子（zǐ）間的間隙也可以做的更小，減少永磁（cí）體用量，並且因為（wéi）隨（suí）動（dòng）式（shì）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（jī）於模塊（kuài）化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨（suí）動原（yuán）理是在定子塊的軸向（xiàng）兩側安裝滾輪（lún）且滾輪貼合滾筒來確定定（dìng）子與轉子間的間隙（xì），定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球（qiú）磨（mó）機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機（jī）構繼續壓縮;下方（fāng）定子塊在（zài）受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性（xìng）機構將其（qí）向（xiàng）上頂，保證下方定子塊的滾輪依然（rán）貼合轉筒外（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（dìng）子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向（xiàng）下複（fù）位或繼續向下波動（dòng），則上方定子塊在受（shòu）到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊（kuài）被轉筒向下壓。
本產品彈（dàn）性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設（shè）置不（bú）同的壓力,避免因彈性裝（zhuāng）置設置的壓力（lì）過大造成滾輪（lún）或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製，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，一台整圓電機由多台模塊電機（jī）構（gòu）成,多台模（mó）塊（kuài）電機共用同（tóng）一（yī）個轉子，模塊電機包繞式安（ān）裝（zhuāng）在球磨機滾筒上。相鄰隨動（dòng）式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的（de）限位。球磨機滾筒的法蘭（lán）處銜接T型支撐板,用於支撐安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便捷（jié），隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連（lián）接杆、彈性機構支（zhī）撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子（zǐ）塊。
3、采（cǎi）用本產品代替傳統磨機的電機驅動（dòng）係（xì）統的優點
現（xiàn）階段（duàn）大多數（shù）的球磨機仍采用三相（xiàng）感（gǎn）應電動機（jī）、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感（gǎn）應電機相比優（yōu）勢是它有較高的效率和功率（lǜ）因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運（yùn）行平穩，係統響應速度快，感應（yīng）電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機（jī）應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升（shēng）至少20%。球磨機直驅係統的傳動效（xiào）率不（bú）僅得到大幅提升，而且直驅（qū）係統的故障率低，維護檢修方便，還（hái）避免（miǎn）了傳統（tǒng）設備（bèi）因漏油造成環境汙染。
由於本產品（pǐn）電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造（zào），運輸等難度，還相當於把一個大功率電機（jī）做成了多（duō）個小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現（xiàn）降低大功（gōng）率（lǜ）電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不（bú）必采用高等級絕緣，模塊（kuài）化電機采用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頻器容量，從而降（jiàng）低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行（háng）部分模塊電機驅動球磨機。
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，平（píng）均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正（zhèng）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（tí）升（shēng）了電機控（kòng）製的自由度（dù）,可（kě）以利用其多電機結構和控製（zhì）靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸（xiè）故障電機更換新的模（mó）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（chú）故障子模（mó）塊而（ér）控製其餘正常子模塊降額運行。使（shǐ）用本產品完全（quán）不會因電機發生故障（zhàng）而影響到生產工期。
球磨機因（yīn）加工誤（wù）差、軸承（chéng）磨（mó）損、滾筒（tǒng）形變或重載產（chǎn）生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴（yán）重（chóng）時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常（cháng）常通過（guò）增加氣隙大小（xiǎo）來預防掃膛，而氣隙（xì）增大會導致永（yǒng）磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構（gòu）的模塊電機，能在轉筒偏（piān）心時保證定子與轉子（zǐ）之間的間隙恒定，可（kě）將氣隙做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，電機不會發生（shēng）掃膛現象，同時因為該隨動式定子結（jié）構在偏心（xīn）時能繼續正常工作，檢修次數更（gèng）少，工作時間（jiān）更長（zhǎng），大體積球（qiú）磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨（mó）直（zhí）驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多（duō）樣性
傳統立磨（mó）速度單一，工況適（shì）應（yīng）能力差。遇到突發事件，調整（zhěng）磨鞮高度來改變係統工（gōng）作環境，係統反應（yīng）速度慢。永磁同步電機采（cǎi）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，還增加了速度調節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（xìng）高（gāo）
傳統係統因三相感應電機無法在低速（sù）實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的（de）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（ruǎn）起動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉（zhuǎn）矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起（qǐ）動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳（chuán）統（tǒng）係（xì）統先由低速盤車（chē）係統起動，待三相（xiàng）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（tǒng）控製複雜，低速（sù）無（wú）法實現過載輸出。在低速過程需要盤（pán）車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直（zhí）接運行，係統控製簡單。變（biàn）頻控製起（qǐ）動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。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（chéng）本更低,維護次數少
係統各構成單元均（jun1）需要時常檢查（chá）和定期維護，傳統（tǒng）係統構成單元多。同（tóng）時立磨減速器結構複雜（zá）需要經（jīng）常維護，維（wéi）護成本費用（yòng）高。同時係統無法實（shí）現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元（yuán）簡單，變頻器控製永（yǒng）磁同步電機直接驅動，控製方便。係（xì）統內無減速器，無需額（é）外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采（cǎi）用直驅永磁電機取代傳（chuán）統驅動係統（tǒng）年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機（jī）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
本新型立磨結（jié）構（gòu）采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率（lǜ）。在立（lì）磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過（guò）設（shè）計一（yī）種雙向載荷扇形模塊機構替（tì）代大（dà）直徑軸承，方便加（jiā）工、生產、運輸、裝配、維修，並（bìng）降低成本,在工（gōng）程實際中具有很強的（de）實用型（xíng）。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計（jì）了三種立磨專用永磁電機，代（dài）替傳統的減速機與三相異步電動（dòng）機，永磁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，並且方便（biàn）製（zhì）造、裝配維護，節（jiē）省成本。均已申請專 利。
永磁直（zhí）驅礦用球磨機（jī） 
