1、技術背景
傳統（tǒng）的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動（dòng）機、聯軸（zhóu）器、減速（sù）裝置以及（jí）齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長（zhǎng）、效（xiào）率低（dī）、機構複雜、運行維護工作量大（dà）等問題。
沈陽（yáng）工業大學電機與控製（zhì）技術研究所與河（hé）南九幺免费版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（qū）電機,通過（guò）將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動（dòng）力傳輸的（de）中間環節，做（zuò）成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高（gāo）了電（diàn）機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大（dà）、過載能（néng）力強、係統（tǒng）免維護（hù）、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難（nán）度（dù），還相當於把（bǎ）一個（gè）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（dī）大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采（cǎi）用多台小功率（lǜ）變（biàn）頻器聯合供電，這樣設計（jì）降（jiàng）低了電機的供電電壓（yā）和（hé）使用（yòng）的變頻器容量，從而降低（dī）成本。每個模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕（qīng）載工況（kuàng）時，完全可以隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的（de）定子采用了一種自主設計研發的隨（suí）動式結（jié）構，將整圓的定子分成若幹（gàn）個相互存在間（jiān）隙的小扇形塊，通過機械（xiè）結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟（gēn）隨轉筒運動從而保持定子與（yǔ）轉子間隙恒定的結構。本產（chǎn）品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定（dìng），電機不會發生（shēng）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很多（duō），從而大幅降低（dī）電機永磁（cí）體用量，降低（dī）生產成本（běn），節約稀（xī）土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生（shēng）故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永（yǒng）磁直驅電機概述
本產品的隨（suí）動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公（gōng）路，定子（zǐ）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（lún）與（yǔ）地麵（miàn）貼合，即滾筒（tǒng）偏（piān）心浮動不影響滾（gǔn）輪貼合滾筒，保證定子、轉（zhuǎn）子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙（xì）不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能（néng）狀態，不必停機檢（jiǎn）修。同時電機定子與轉子（zǐ）間的間隙也可以做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，並且（qiě）因為隨動式結構，電機不會發生（shēng）掃膛現象。
本（běn）產品電（diàn）機的定子為（wéi）隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采（cǎi）用獨立的（de）扇形（xíng）定子（zǐ）塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾（gǔn）輪且滾輪貼合滾筒來確定定（dìng）子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設（shè）有與支撐框架相連的彈性機（jī）構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半（bàn）壓（yā）縮狀（zhuàng）態,如果球磨機（jī）滾筒向上波動，轉筒會向上（shàng）頂定子（zǐ）塊上安（ān）裝的滾輪，進而（ér）帶（dài）動定子塊（kuài）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（de）吸引力的同（tóng）時，定子塊（kuài）上的彈性（xìng）機構將其（qí）向上頂，保證下方定子塊的（de）滾輪依然貼合（hé）轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周（zhōu）方向的移動，從而保（bǎo）證（zhèng）定子（zǐ）、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒（tǒng）向下複位或繼續向下波（bō）動，則上方定子塊在受到永磁體（tǐ）對其向下的吸引力的同時，彈性機構（gòu）將（jiāng）上方其向下壓,下方定子（zǐ）塊被轉筒向下壓。
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置不同的（de）壓力,避免因彈性裝置（zhì）設置的壓力過大造成（chéng）滾（gǔn）輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電（diàn）機采（cǎi）用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采（cǎi）用不同個數的隨（suí）動式定子塊構成一台模塊電機，一（yī）台（tái）整圓（yuán）電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉（zhuǎn）子，模塊電機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（shàng）的擋板來對（duì）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,用於支撐安裝電機（jī）轉子鐵心（xīn）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（yǔ）定子（zǐ）塊之間的連接（jiē）杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉（lā）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的（de）優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置以（yǐ）及（jí）齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相（xiàng）比優勢（shì）是它有較高的效（xiào）率和功率（lǜ）因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機（jī）通過變頻器進行調速，電（diàn）機（jī）運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越（yuè）來越廣泛的原因。
采用（yòng）永（yǒng）磁直驅，取消了中間的減（jiǎn）速機、聯（lián）軸器、及齒輪的（de）傳動環（huán）節（jiē），縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將（jiāng）提升至少20%。球磨機（jī）直驅係統的傳動效率不僅得（dé）到大幅提升，而（ér）且直驅係統的故障率低，維護檢修方（fāng）便，還避免了傳統（tǒng）設備因漏油造成環境汙染（rǎn）。
由於本產品電機定子采用了模塊化（huà）設計，不僅降低了加工（gōng），製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機（jī）。模（mó）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，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采（cǎi）用高等級絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供電（diàn）電壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成（chéng）本。球磨（mó）機運行在輕（qīng）載工（gōng）況時,完（wán）全可以隻運行部（bù）分模塊電機驅動球（qiú）磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動（dòng）勢發（fā）生畸變，諧（xié）波含量增加，平均轉矩下（xià）降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常（cháng）運行。而本產（chǎn）品進行了模塊（kuài）化設計，每個模塊電機都（dōu）具有（yǒu）一套獨立的控製係（xì）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製靈活的優勢，在發（fā）生故障時。可以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（yǒu）冗餘的（de）模塊數，也可切（qiē）除故障子模塊而控製其餘正常子模（mó）塊降額運行。使（shǐ）用本產（chǎn）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（chéng）磨（mó）損、滾筒形（xíng）變或重（chóng）載產生震動等因素會發（fā）生轉子偏心現象（xiàng），偏心嚴重時還會（huì）造成（chéng）電機（jī）掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小（xiǎo）來預防掃膛，而氣隙增大會導（dǎo）致永磁體用量增加，提高電（diàn）機製造成本。隨動式（shì）定子結構的模塊電機，能在轉筒偏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（cí）體用量，電機不會發生掃（sǎo）膛現象，同時因（yīn）為（wéi）該隨動式定子結構（gòu）在偏心時能繼續正（zhèng）常（cháng）工作，檢修次數更少，工作時（shí）間更長，大體積球磨機檢修複雜，降（jiàng）低檢修次數（shù）就是（shì）提高生產效率（lǜ）。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅（qū）對比於傳統感應（yīng）電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇（yù）到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作（zuò）環境，係（xì）統反應速度慢。永磁同步（bù）電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統（tǒng）工作環境，係（xì）統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩（jǔ）輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的（de）低速起（qǐ）動（dòng）。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，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻（pín）控製係（xì）統控（kòng）製（zhì）永磁同步電機起動，轉矩特性（xìng）滿足需要，無需盤車係統和減速（sù）器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動（dòng）過程隨意設定
傳統係（xì）統先由（yóu）低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條（tiáo）件後，軟（ruǎn）起動（dòng）裝置起動三相感（gǎn）應電機，係統（tǒng）運行。係統控製（zhì）複雜，低速無法實現過載輸出。在低（dī）速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直（zhí）驅係統直接變（biàn）頻低速起動，係統直接運行，係（xì）統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際（jì）工況進行調整，以滿足各種工況的需（xū）求。低速可過載輸出，滿足起動（dòng）需要，取代盤車係統。
(4）無減（jiǎn）速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單（dān）元均需要時常檢查和定期（qī）維護，傳統係統構成單（dān）元多。同時立磨減速器結構複雜需要（yào）經常維護，維護（hù）成本費用高。同時係統無（wú）法實現在低速運行的（de）情況下進行（háng）係統維（wéi）護。直驅係統構成單元簡單，變頻器（qì）控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統（tǒng）內無減速器，無需（xū）額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統（tǒng）可實現在電機低速運行情況下進行係統（tǒng）維（wéi）護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永（yǒng）磁電機（jī）取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立（lì）式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直（zhí）驅電機驅動,提高了立磨效率（lǜ）。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（chéng），方便加（jiā）工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小（xiǎo）型不同尺寸的立磨，分別設（shè）計了三種立磨專用永磁電機，代替（tì）傳（chuán）統的（de）減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙（shuāng）向載荷機構與不同的放置位置，均能達（dá）到扶正與承壓的（de）作（zuò）用，並且方（fāng）便（biàn）製造、裝配維（wéi）護，節省成（chéng）本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
