1、技術背景
傳統的球（qiú）磨機、立磨（mó）機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係（xì）統存在機械傳動（dòng）鏈冗（rǒng）長、效率低、機構複雜、運行（háng）維護工作量（liàng）大等（děng）問題。
沈陽工（gōng）業大學（xué）電機與控製技術研究所與河（hé）南九幺免费版機電設備有限（xiàn）公司聯合設計研發的球磨機、立磨機（jī）采（cǎi）用永磁直驅電機,通（tōng）過將電動機（jī）與機械結（jié）構進（jìn）行（háng）機電一體化（huà）設計，取消動（dòng）力傳輸的中間環節，做成直（zhí）驅方案，能（néng）直接滿足荷載的需求，省（shěng）去傳（chuán）統磨機的減（jiǎn）速機，顯著提高（gāo）了電機的效率與功率因數，具有（yǒu）節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免（miǎn）維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用（yòng）了模（mó）塊化設計（jì），不僅降低了加工、製造、運輸等難度（dù），還相當於把一個大功率電機做成了多個（gè）小（xiǎo）功（gōng）率電機。模（mó）塊化電機的（de）控製技術可（kě）以實現降低大功率電（diàn）機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入（rù）電流，電機不必采（cǎi）用高等級絕緣（yuán）。模塊化電機（jī）采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電（diàn）機的供電電壓和（hé）使用的變頻（pín）器容量，從而（ér）降低成本。每個模塊電機（jī）都具（jù）有（yǒu）一套（tào）獨立的控製係統，大大（dà）提升（shēng）了電機控（kòng）製的自由度，球磨機運行在（zài）輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機（jī）。
在結構方麵（miàn），本產品電機的定子采（cǎi）用了一種自主（zhǔ）設計（jì）研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若（ruò）幹個相互存在間隙的（de）小扇形（xíng）塊，通過機械結構設計（jì），確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定（dìng）子（zǐ）塊始終跟隨轉筒運動從而（ér）保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子（zǐ）與轉子間的（de）間隙恒定，電機（jī）不會發生掃膛（táng）現象，因此電機的氣隙可以設計的比普（pǔ）通永磁直驅電機的小很多，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（zī）源，節能用電量。當模（mó）塊發生故障時，直接拆（chāi）卸故（gù）障電機，更（gèng）換新的（de）模塊電機即可正常運行。使（shǐ）用本（běn）產品完全（quán）不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本（běn）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（tiē）合滾筒旋轉相（xiàng）當於（yú）汽車在公路行駛，公路（lù）的起伏不影響車（chē）輪與地麵貼合，即滾筒偏心（xīn）浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配（pèi）誤（wù）差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變、重載（zǎi）震動等原因造成電（diàn）機偏心、氣隙不均勻時，仍（réng）能正常運轉，保證磨（mó）機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與（yǔ）轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁（cí）體用量，並且因為隨（suí）動式結（jié）構（gòu），電機（jī）不會（huì）發（fā）生掃膛（táng）現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於（yú）模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊（kuài）的軸向兩側安裝滾輪且滾（gǔn）輪貼合滾筒來（lái）確（què）定定（dìng）子與轉子間的間隙，定子塊徑向外（wài）側設（shè）有與支撐框架相連（lián）的彈（dàn）性機構。彈性機構在球磨機滾筒（tǒng）不（bú）偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上（shàng）安裝的滾輪，進而帶動定子塊向（xiàng）上移動，上方彈性機構繼續壓（yā）縮;下方定（dìng）子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依（yī）然貼（tiē）合轉筒（tǒng）外表麵，使定子塊（kuài）跟隨轉筒波動而進行徑向（xiàng）與圓（yuán）周方向的移動（dòng），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動，則上方定子（zǐ）塊（kuài）在受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（dìng）子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位（wèi）置的（de）定子塊設置（zhì）不同的（de）壓力,避免（miǎn）因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
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（suí）動式定子塊（kuài）構成一台模塊電機，一台整圓電（diàn）機由（yóu）多台模塊電（diàn）機構成,多台模塊電機共用（yòng）同一個轉子（zǐ），模塊電機包繞式安裝在球磨機滾（gǔn）筒上（shàng）。相鄰隨動（dòng）式定子塊（kuài）間設有固定（dìng）在支撐框架上（shàng）的擋板來對定子塊進行圓周方向的（de）限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電（diàn）機轉子鐵心及磁鋼。
本（běn）產品的隨動式定子（zǐ）塊安（ān）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（xìng）機構、彈性機（jī）構與定子塊（kuài）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（běn）產品代（dài）替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的球（qiú）磨機（jī）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（jī）相比優勢是它有較高的效率（lǜ）和功率因數，損耗大大降低（dī），節約了能源。永磁電機通過變頻器進（jìn）行（háng）調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應（yīng）電機則起動相對困（kùn）難。這（zhè）些（xiē）也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采（cǎi）用永（yǒng）磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪（lún）的（de）傳動環節，縮短係統（tǒng）的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至（zhì）少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅（fú）提升，而且（qiě）直驅係統的故障率（lǜ）低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於（yú）本產品電機定子采用了模塊化設計，不（bú）僅降低了加（jiā）工，製造，運輸等難度，還（hái）相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控（kòng）製技術（shù）可以實現降低（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，模塊化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供（gòng）電。這樣設計降低了電機的供電電壓（yā）和使用的變頻（pín）器容量，從而（ér）降低成本。球磨機運行（háng）在輕載工況時,完全可以隻運行部分模（mó）塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時（shí），會導致電（diàn）機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波（bō）動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立（lì）的控製係統，大大提升（shēng）了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和（hé）控製靈活的優勢，在發生故障（zhàng）時（shí）。可以直（zhí）接拆（chāi）卸故障電機更換新的模塊電機（jī）即可正常運行。模塊（kuài）化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子（zǐ）模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全（quán）不會因電機（jī）發生故障而影響到生產工期。
球磨機（jī）因加工誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形（xíng）變或重載（zǎi）產（chǎn）生震（zhèn）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（jī）掃膛損壞電（diàn）機，實際生產中常常通過增加氣隙大（dà）小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高（gāo）電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能（néng）在轉筒偏心時保證定子（zǐ）與（yǔ）轉子之間的間隙恒（héng）定，可將氣（qì）隙（xì）做的更小，減少永磁體用量，電機（jī）不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作（zuò），檢（jiǎn）修次數更少，工作時間更長，大體（tǐ）積球磨機檢修複雜，降低（dī）檢修次數就（jiù）是提（tí）高（gāo）生產效率。
4、隨動式球磨機裝配（pèi）示意圖
二、永磁直驅立磨技（jì）術
1、立磨直驅對比於傳統感應（yīng）電機的優（yōu）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（shì）件，調整磨鞮高度來改變（biàn）係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增（zēng）加了速度調節以快速適應係統工作環（huán）境（jìng），係（xì）統（tǒng）反應速度更快。
(2）係（xì）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輸出，需要額外的（de）盤車係統滿足立磨（mó）的低速起動。為保證（zhèng）在電機起動（dòng）過程（chéng）不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電（diàn）機（jī）起動後，通（tōng）過減（jiǎn）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（hěn）多（duō）。直驅係統由變頻控（kòng）製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係（xì）統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟（ruǎn）起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低（dī）速盤車係（xì）統起動，待三（sān）相感應電機達到起動條件後，軟起動裝（zhuāng）置起動三相感應電機，係統運（yùn）行。係統控製複（fù）雜，低（dī）速（sù）無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統（tǒng），將轉速（sù）提高到三（sān）相感應電機起動條件。直驅係（xì）統直接（jiē）變頻低速起（qǐ）動，係統直接運行（háng），係統控製簡單。變頻（pín）控製起動過（guò）程（chéng）可根據實際工況進行（háng）調整，以（yǐ）滿足各種（zhǒng）工況的需求。低速（sù）可過（guò）載輸出，滿足起（qǐ）動需要（yào），取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護（hù）次數少
係統（tǒng）各構成單（dān）元均需要時（shí）常檢查和定（dìng）期維（wéi）護（hù），傳統係統構成單（dān）元多。同時立磨減速器結構複雜需要經（jīng）常（cháng）維護，維（wéi）護成本費用高。同時係統無法實現在低速（sù）運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁（cí）同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護（hù），係統維（wéi）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（tǒng）維護。
(5）傳動效（xiào）率高,節能效果明顯（xiǎn）
綜上采（cǎi）用直驅永磁電機取代（dài）傳統驅動係統（tǒng）年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係（xì）統的優勢與球磨（mó）機直驅係統相同（tóng），這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨（mó）結構（gòu）采用（yòng）永磁直驅電（diàn）機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶（fú）正軸承（chéng）與壓力軸承上進行突破，通過設（shè）計一種雙向載荷（hé）扇形模塊機構替代大直（zhí）徑軸承，方便加工、生產、運（yùn）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、小型不同尺寸（cùn）的立磨（mó），分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳（chuán）統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有（yǒu）雙向載（zǎi）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）製造、裝（zhuāng）配維護，節省成本（běn）。均已申請專 利。
永磁直驅礦用（yòng）球磨機 
