1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及（jí）齒輪結構進行驅（qū）動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動（dòng）鏈冗長（zhǎng）、效率低、機（jī）構複雜、運行（háng）維護工作量大等問題。
沈陽工（gōng）業大學電機與控製技術研（yán）究所與河南九幺免费版機電設（shè）備（bèi）有限公司聯合設計研發的球（qiú）磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構（gòu）進行機電一體化（huà）設計，取消（xiāo）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求（qiú），省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因（yīn）數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵（miàn）,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（shū）等難度，還相當（dāng）於把一個大功率電機（jī）做成了（le）多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低（dī）大功率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電（diàn）機的輸入電流，電機不必采用高等（děng）級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這（zhè）樣設（shè）計降低了電（diàn）機的供電電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低成本（běn）。每（měi）個模塊電機都具有一套獨立的控製係（xì）統，大（dà）大提升了電機（jī）控製的自由度（dù），球磨機運行在輕（qīng）載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研（yán）發的隨（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（kuài），通過機械結構設計，確（què）定了（le）一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子（zǐ）塊始終跟隨轉筒（tǒng）運動從而保持（chí）定子與轉子間隙恒定的結構（gòu）。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定（dìng），電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電（diàn）機的小很多，從而大（dà）幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源（yuán），節能用電量。當模塊發（fā）生故障時，直接拆（chāi）卸故障電機（jī），更換新的模塊電機即可（kě）正常運行。使用本（běn）產品完全不會因電機發生故障而影響到生（shēng）產（chǎn）工期。
2、球磨機專用隨動式（shì）永磁直驅電機概述
本產品的（de）隨動式定子結構構（gòu）成一種“小（xiǎo）車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車（chē）在公路行駛，公路的起伏不（bú）影響車輪與地（dì）麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪（lún）貼合滾（gǔn）筒（tǒng），保證定子、轉子間隙恒定，在（zài）球（qiú）磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變（biàn）、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙（xì）不均勻時（shí），仍能正常運轉，保證磨機（jī）始終運行在性能狀態，不必停（tíng）機檢修（xiū）。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不（bú）會發生（shēng）掃膛現象。
本產（chǎn）品電機的（de）定子為隨動式結構,基於模塊化永（yǒng）磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是（shì）在定子塊的軸向（xiàng）兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與（yǔ）轉子間的間隙（xì），定子塊徑向外側設（shè）有與支撐框架相連的（de）彈性機（jī）構。彈性機構在球磨機滾筒不偏（piān）心時處於半壓（yā）縮狀態,如果（guǒ）球磨機（jī）滾筒向上波動，轉筒會向上（shàng）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（gòu）繼續壓縮;下方定子塊在（zài）受到（dào）永（yǒng）磁體對其（qí）向上的（de）吸引力的同時（shí），定子塊上的彈性機（jī）構將（jiāng）其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外（wài）表麵（miàn），使定子塊跟（gēn）隨轉筒波（bō）動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（xì）不變。球磨機滾筒向（xiàng）下複位或繼（jì）續向下波動（dòng），則上方定子塊在受到永磁體對其向（xiàng）下的吸引力的同時，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塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損（sǔn）較快。
本產品將永磁電機采用模塊化（huà）控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨（suí）動式定子塊構成一台模塊（kuài）電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球（qiú）磨機滾（gǔn）筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固（gù）定在支撐框架上（shàng）的擋板來對定（dìng）子塊進行圓周方向的限位。球（qiú）磨機滾筒的法蘭處（chù）銜接（jiē）T型支撐（chēng）板,用於（yú）支撐（chēng）安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品（pǐn）的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻（zhī）需要（yào）沿球磨機的徑向依次拆卸（xiè）密封外殼（ké）、彈性機（jī）構（gòu）、彈性機構與（yǔ）定子塊之（zhī）間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將（jiāng）定子（zǐ）塊沿徑向拉出（chū），進行檢修（xiū）或更換新的定子塊。
3、采用（yòng）本產品代替傳統磨（mó）機的電（diàn）機驅動係統（tǒng）的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結（jié）構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優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。永磁電機通過變頻（pín）器進行調速，電機運行平穩，係統響應速（sù）度快，感應電機則起動（dòng）相對（duì）困難。這些也是近年來永磁電機應用越來（lái）越廣泛（fàn）的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯（lián）軸器（qì）、及（jí）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（qiú）磨機直驅係統的（de）傳動效率不僅得到（dào）大幅提升，而（ér）且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避（bì）免了傳統設備因（yīn）漏油造成環境汙染。
由於本產品電（diàn）機定子采（cǎi）用了模（mó）塊化設計（jì），不僅降（jiàng）低了加工，製造，運輸等難度，還相當（dāng）於把一個大（dà）功率電機做成（chéng）了多個小功率電機。模塊化電機（jī）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（jī）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率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的（de）供電電壓（yā）和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在（zài）輕（qīng）載工況時,完全（quán）可以（yǐ）隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機（jī）合成磁動勢發生畸變（biàn），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。而本產品進行了模塊化（huà）設計，每個模塊電（diàn）機（jī）都（dōu）具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控（kòng）製的自由度,可（kě）以利用其多電機結（jié）構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。模塊化（huà）電機具有冗餘的模塊（kuài）數，也可切除故障子模塊而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而影響（xiǎng）到生產工期。
球磨機（jī）因（yīn）加工（gōng）誤差、軸承磨損、滾筒形變或重（chóng）載（zǎi）產生震動（dòng）等因素（sù）會（huì）發生轉（zhuǎn）子偏心現象（xiàng），偏（piān）心嚴（yán）重時還會造（zào）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防掃膛，而氣隙增大會導（dǎo）致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結（jié）構的模塊電機，能在轉（zhuǎn）筒偏心（xīn）時保（bǎo）證定（dìng）子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，電機不會發（fā）生（shēng）掃膛現象，同時因（yīn）為該隨動式定子結構（gòu）在偏心時能繼續正常工作，檢修次（cì）數更少，工作時間更長（zhǎng），大體積球磨機檢修複雜，降低檢修（xiū）次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨（mó）機（jī）裝配示意圖
二、永磁直驅立（lì）磨技術
1、立磨直驅對比於（yú）傳統感應電機（jī）的優點( 1）變頻（pín）調速控製，實現（xiàn）負載工況（kuàng）多（duō）樣性
傳統立磨速度單（dān）一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永（yǒng）磁同步電機采用變頻調速，適應工況能（néng）力強（qiáng）。遇到突發事件，除調整磨（mó）輾（niǎn）高度外，還增加了速度調節以快（kuài）速適應係統工作環（huán）境，係統反應速度（dù）更快（kuài）。
(2）係（xì）統簡單,可靠性高
傳統係統因三相（xiàng）感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的（de）盤車係統滿足立磨的（de）低速起動。為保證（zhèng）在電機起動過程不對電網造成過大的衝（chōng）擊，需增加軟（ruǎn）起動（dòng）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（de）輔助設備很多。直驅（qū）係統由變頻控製係（xì）統控製永磁同步（bù）電機起動（dòng），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（shè）定
傳統係統先由低速盤車係統（tǒng）起動，待三相（xiàng）感（gǎn）應電機達到起動條件（jiàn）後，軟起動裝置起動三（sān）相感應電機，係統運行。係統控製（zhì）複雜，低速（sù）無法實現過載（zǎi）輸（shū）出。在低速過程需要盤車係統，將轉速（sù）提高到三（sān）相感應電機起動條件。直驅係統直接（jiē）變頻低速起動，係統直接運行，係統（tǒng）控製簡單。變頻控製起動（dòng）過程可根據實際工況進行調整，以滿足各（gè）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（tǒng）。
(4）無減速器，維護成本更低,維（wéi）護次數少
係統各構成單元均（jun1）需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要（yào）經常維護，維護成本費用高。同時係（xì）統無法實現在（zài）低速（sù）運（yùn）行的情況下進行係統維（wéi）護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永（yǒng）磁同步電機直接驅動，控（kòng）製方便。係統內無（wú）減速（sù）器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實（shí）現在電機低速運行情況下進行係統（tǒng）維護。
(5）傳動效率（lǜ）高,節能效果明顯
綜上采用直驅永（yǒng）磁（cí）電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅（qū）係統（tǒng）的（de）優勢與（yǔ）球磨機直驅係（xì）統相同（tóng），這（zhè）裏不再一—贅述。
2、永（yǒng）磁直驅立磨結構示意圖
本新型立（lì）磨結構采用（yòng）永磁直（zhí）驅電機驅動,提高了立（lì）磨效（xiào）率。在立（lì）磨扶正軸承與壓力（lì）軸承上進行突破，通過設（shè）計一種雙向（xiàng）載（zǎi）荷扇形模塊（kuài）機構替代大直（zhí）徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程（chéng）實際中（zhōng）具有很強的實用型。
針對（duì）大、中、小型不（bú）同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永（yǒng）磁電（diàn）機，代替傳統的減速機（jī）與三相異步電（diàn）動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置（zhì）位（wèi）置，均（jun1）能達到扶正與承壓的作用，並且（qiě）方便製造、裝配維護，節（jiē）省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
