1、技術背景
傳統的（de）球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、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在機械（xiè）傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護（hù）工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與控製技（jì）術研究所與河南天美传媒在线（xīn）機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機（jī）、立磨機采用（yòng）永磁直驅電（diàn）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（chéng）直驅方案，能直接滿（mǎn）足（zú）荷載的需求，省去傳統磨機的減（jiǎn）速機，顯著提（tí）高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動（dòng）轉矩（jǔ）大（dà）、過載能力強、係統免維護、自動化程度（dù）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（dī）了加工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）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（de）控製技術可以實現降低大（dà）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（jī）采用多（duō）台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電（diàn）機的（de）供電（diàn）電壓和使用的變頻器容量（liàng），從而降（jiàng）低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以（yǐ）隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電（diàn）機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整（zhěng）圓的定子分成若幹個相互存在（zài）間隙的小扇形塊，通過機械（xiè）結構設計，確定了一種無論（lùn）球磨機（jī）轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟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（jī）械結構設（shè）計保證定子與轉（zhuǎn）子間的間隙恒定（dìng），電機不會發生掃膛現象，因此電（diàn）機（jī）的氣隙可以設計的比普通永（yǒng）磁直驅電機的小很多，從而大（dà）幅降低（dī）電機永（yǒng）磁體（tǐ）用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當（dāng）模塊發生故障時（shí），直接（jiē）拆卸故障電機，更換新的模塊電機（jī）即可正常運行（háng）。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生（shēng）產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車（chē）結構”，滾（gǔn）筒就像公路（lù），定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的（de）起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮（fú）動不影響滾輪（lún）貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差（chà）、軸（zhóu）承磨損、滾筒形（xíng）變、重載震動等原（yuán）因造成電機偏心、氣（qì）隙不（bú）均勻（yún）時，仍能正常運轉，保證磨機（jī）始終運（yùn）行（háng）在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以（yǐ）做的更（gèng）小，減少永磁體用量，並且因（yīn）為（wéi）隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式（shì）結構,基於模塊化永磁直驅電機，采（cǎi）用獨（dú）立的扇形定子塊結構，其（qí）隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝（zhuāng）滾（gǔn）輪且滾輪貼（tiē）合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機（jī）構在球磨機（jī）滾筒不偏（piān）心時處於半壓縮狀態（tài）,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上（shàng）頂定子塊上（shàng）安裝的滾輪，進而帶動定子塊（kuài）向上移動，上（shàng）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吸（xī）引力的（de）同時，定子塊上的彈性機構將其（qí）向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉（zhuǎn）筒外表（biǎo）麵，使定子塊跟隨轉筒波動（dòng）而進行徑向與圓周方（fāng）向的移動，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，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性（xìng）機構將上方其向下（xià）壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置（zhì）的定子塊設置不同的（de）壓力（lì）,避免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（jiāng）永磁電機采（cǎi）用模塊化控製，根據不同功率的（de）電機設計采用不同（tóng）個數的隨動式定子塊（kuài）構成一台模塊（kuài）電機，一台整圓電機由多台模塊電（diàn）機構成,多台模（mó）塊電機共用同一個轉子，模塊（kuài）電機包（bāo）繞式安裝在球磨機滾（gǔn）筒上。相鄰隨動式定子（zǐ）塊間設有固定在支撐框（kuàng）架上的擋板來對定子塊（kuài）進行（háng）圓周方向的限位（wèi）。球磨機滾筒的法（fǎ）蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁（cí）鋼。
本產品的隨（suí）動式定子塊安（ān）裝拆（chāi）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（gòu）與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采（cǎi）用本（běn）產品代替傳統磨機的電機驅動（dòng）係統（tǒng）的優點
現階段大多數的球磨（mó）機（jī）仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅動。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（sǔn）耗（hào）大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器（qì）進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也（yě）是近年來（lái）永磁（cí）電機應用越來越廣泛的原因（yīn）。
采用永（yǒng）磁直驅，取（qǔ）消了中間的（de）減速機、聯軸器、及齒（chǐ）輪的傳動（dòng）環節，縮短係統（tǒng）的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直（zhí）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（chéng）環境汙染。
由於（yú）本產品電（diàn）機定子采用了（le）模塊化設計，不（bú）僅降低了加工，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（diàn）機。模塊化電（diàn）機的（de）控製技術可（kě）以實現降低大功率電機的（de）輸入電壓，但是不增加電機的（de）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電壓和使用的變頻器（qì）容量，從而降（jiàng）低成本。球（qiú）磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅（qū）動球磨機。
傳統電機故（gù）障時（shí），會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加（jiā），平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無（wú）法繼續正常運行（háng）。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都（dōu）具有一套獨立（lì）的控製係統，大大提（tí）升了電機控製的自由（yóu）度,可以利用其多電機（jī）結（jié）構和控製靈活的優勢，在發生故（gù）障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常（cháng）運行。模塊化電機具（jù）有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模（mó）塊降額運行。使用本產（chǎn）品完全不會（huì）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、滾筒形變或重載產生（shēng）震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心（xīn）嚴重時還會造成電機掃膛損壞電（diàn）機，實際生產中常常通過增（zēng）加氣隙（xì）大小來（lái）預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁（cí）體（tǐ）用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉（zhuǎn）筒偏心時保證定（dìng）子與轉子之間的間（jiān）隙恒定，可（kě）將氣隙做（zuò）的更小，減（jiǎn）少永磁（cí）體用量，電機不會發（fā）生掃膛（táng）現象，同時因為該隨動（dòng）式定（dìng）子結（jié）構在偏心（xīn）時能繼續正常工作，檢修次數更少（shǎo），工作（zuò）時間更長（zhǎng），大體積球磨機檢修複雜，降低檢（jiǎn）修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球（qiú）磨機（jī）裝配示（shì）意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳（chuán）統感應電機（jī）的優點( 1）變頻調速（sù）控製，實現負（fù）載工（gōng）況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調（diào）整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速（sù）度慢。永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）輾高度外（wài），還增加了速度調節（jiē）以快速適應係統工作環（huán）境，係統反應速（sù）度更快（kuài）。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠性高
傳統（tǒng）係統因三（sān）相感應電機無（wú）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。為保證在電機起動過（guò）程不對電網（wǎng）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（xì）統（tǒng）轉矩（jǔ）需（xū）要，整個（gè）係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變（biàn）頻控製係統控製（zhì）永磁同步電機起動，轉（zhuǎn）矩特性滿足需要，無需盤車（chē）係統和減速器，輔助係（xì）統（tǒng）少，結構簡單。
(3）變（biàn）頻器軟起動，起動過程隨（suí）意設定
傳統係統先由低速盤車係統（tǒng）起動（dòng），待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動（dòng）三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係（xì）統，將轉速提高到三相感應電機起動（dòng）條件。直（zhí）驅係統直接變（biàn）頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控（kòng）製起（qǐ）動（dòng）過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需（xū）求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器（qì），維護成本更低,維護（hù）次數少
係統各構（gòu）成單元均需要時（shí）常檢查和定期維（wéi）護，傳統係統構成單元多。同時（shí）立磨減速器（qì）結構複雜需要經常維護（hù），維護成本費用（yòng）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（zhí）驅（qū）係統構成單元簡（jiǎn）單，變頻器控製永磁同（tóng）步電機直接驅動，控製方便（biàn）。係統內無減速器，無需額外進行維護，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（hù）。
(5）傳（chuán）動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取（qǔ）代傳統驅動係統（tǒng）年節電量（liàng）達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係（xì）統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏（lǐ）不再一—贅（zhuì）述。
2、永磁直驅立（lì）磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了（le）立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行（háng）突破，通過設計一種雙向（xiàng）載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方（fāng）便加工、生產、運輸、裝配、維修（xiū），並降低成本,在工程實際中具有很強（qiáng）的實用型。
針（zhēn）對大、中（zhōng）、小型不同（tóng）尺寸的立磨（mó），分別設計了三種立磨（mó）專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與（yǔ）不同的放置（zhì）位置，均能達到扶正與（yǔ）承壓的作用，並且方便（biàn）製造、裝配維護，節省成（chéng）本。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
