1、技術背景
傳（chuán）統的球磨機、立磨機大都采用三相異（yì）步電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結（jié）構進（jìn）行驅動，導致球（qiú）磨機的傳動係統（tǒng）存在機械傳動鏈冗長（zhǎng）、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工（gōng）業大（dà）學電機與控製技術研究所與河南天美传媒在线機電設備有限公司聯（lián）合設計研發的球磨機、立磨機采用永（yǒng）磁直驅電機,通過將電動（dòng）機與機械（xiè）結構進行機電一體化設計，取消（xiāo）動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直（zhí）接（jiē）滿足荷（hé）載（zǎi）的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功（gōng）率因數，具有節能、起（qǐ）動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自（zì）動化程度（dù）高等優點。
在控製方麵,本（běn）產品電機（jī）定（dìng）子采用（yòng）了模塊化設計，不僅降低了加工、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（gōng）率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機（jī）的（de）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小功率變頻器聯合（hé）供電，這樣設計（jì）降低了電（diàn）機的供電電壓和使用（yòng）的變頻器容（róng）量，從而降低成本。每（měi）個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）機控製的自由度，球磨機運行在輕載（zǎi）工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在（zài）結構方麵（miàn），本產品（pǐn）電機的定（dìng）子采用了一種（zhǒng）自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒（tǒng）是否震動或（huò）偏心，定（dìng）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（gòu）。本產品通過機械結（jié）構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣（qì）隙可（kě）以設計的比普（pǔ）通永磁直驅電機的小很多，從（cóng）而大幅降低電（diàn）機永磁體用量（liàng），降低生產（chǎn）成本，節約稀土資源，節能用（yòng）電量。當模塊發生故障（zhàng）時，直（zhí）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（yīn）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（qū）電機概述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾（gǔn）筒就像公（gōng）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（dòng）不影響滾輪（lún）貼合（hé）滾筒，保證（zhèng）定子、轉子間（jiān）隙恒定，在球磨機因裝配誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變（biàn）、重載震動（dòng）等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證（zhèng）磨機始終運行（háng）在性能狀態，不必停機檢修。同時電機（jī）定子與轉子（zǐ）間的間隙也可以做的（de）更小，減少永磁體用（yòng）量，並且因為隨動式（shì）結構，電機不會發生（shēng）掃（sǎo）膛現象（xiàng）。
本產品（pǐn）電機的定子（zǐ）為隨動式結構,基（jī）於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（lǐ）是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確（què）定定子與轉子間的間（jiān）隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性（xìng）機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態（tài）,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊（kuài）上安裝的滾（gǔn）輪，進而帶（dài）動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁（cí）體對其向上的吸引力的同時（shí），定子塊上的彈性機構將其向上頂（dǐng），保證下方定子塊的滾輪依然貼合（hé）轉筒外表麵，使定子（zǐ）塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉（zhuǎn）子之間的間隙不變。球磨（mó）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（xiàng）下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓（yā）,下（xià）方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓（yā）力大小可調（diào），對於不同位置的定子塊設置不同的（de）壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨（mó）損較快。
本產品將（jiāng）永磁電機采用模塊化控製，根據不同功（gōng）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（zhuāng）在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在（zài）支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法（fǎ）蘭處銜接T型支撐板,用（yòng）於支（zhī）撐安裝（zhuāng）電機轉子鐵心及（jí）磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安（ān）裝拆卸（xiè）十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依（yī）次拆卸（xiè）密封（fēng）外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆（gǎn）、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修（xiū）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（tǒng）的優點
現階段大多數的球（qiú）磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同（tóng）步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因（yīn）數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器（qì）進（jìn）行調速，電機（jī）運行（háng）平穩，係統（tǒng）響應速（sù）度快（kuài），感應電機則起動相對困（kùn）難。這（zhè）些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間（jiān）的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環（huán）節，縮短係統的傳動鏈，直（zhí）驅係統的傳動效率（lǜ）將（jiāng）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（ér）且直驅係統（tǒng）的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環（huán）境汙染（rǎn）。
由（yóu）於本產品電機定子采用了模塊（kuài）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（lǜ）電機做成了多（duō）個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實（shí）現降（jiàng）低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（kuài）化電機（jī）采用多台小功率（lǜ）變頻（pín）器（qì）聯合供電。這樣（yàng）設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。球磨機（jī）運行在輕（qīng）載工（gōng）況時,完（wán）全可以隻運行部（bù）分模（mó）塊電機驅動（dòng）球磨機。
傳統（tǒng）電機故障時，會導致（zhì）電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增（zēng）加，無法（fǎ）繼續正常運行。而本產（chǎn）品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大（dà）大提升（shēng）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，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換（huàn）新的模塊（kuài）電機即可正（zhèng）常運（yùn）行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可（kě）切除故障子模塊而控製（zhì）其餘（yú）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（ér）影響到生產工期。
球磨（mó）機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變（biàn）或重載產生震動等因素（sù）會發生（shēng）轉子偏（piān）心現象，偏（piān）心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通（tōng）過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加（jiā），提高電機製造成（chéng）本。隨動式定子結構的模塊電機（jī），能在轉筒偏心時保證定子與轉子（zǐ）之間的間隙恒（héng）定，可將氣隙做的更小，減少永（yǒng）磁（cí）體用量，電機（jī）不會發生掃膛現象，同（tóng）時因為該隨動式（shì）定子結構在偏心時能（néng）繼續正常（cháng）工作，檢（jiǎn）修次數更少，工作時間更（gèng）長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式（shì）球磨機裝配示意圖
二、永磁直（zhí）驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速（sù）控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨（mó）速度單一，工況（kuàng）適應能（néng）力（lì）差。遇到突發事件（jiàn），調整磨鞮高度來改變係統工（gōng）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（néng）力強。遇到突發事件，除調整磨（mó）輾高度外，還增加了速度調節以快速（sù）適應係統工作環境，係統反應（yīng）速度更快（kuài）。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法在低（dī）速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為（wéi）保證在電（diàn）機（jī）起動（dòng）過程不（bú）對電網（wǎng）造（zào）成過大的衝擊（jī），需增加軟（ruǎn）起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器（qì）滿（mǎn）足係統轉矩需要，整個係統構成複雜（zá），係統運行的輔助設備很多。直驅係（xì）統由變頻控製係統控製永磁同步（bù）電（diàn）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（shǎo），結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定（dìng）
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相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（háng）。係統控製複雜，低速無法（fǎ）實現過載輸出。在（zài）低速過程需要（yào）盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動（dòng）條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單（dān）。變頻控製起動（dòng）過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿（mǎn）足起（qǐ）動需要，取代盤車係（xì）統。
(4）無減速器（qì），維護成本更低,維護（hù）次數少
係統各（gè）構成單元均需要時常（cháng）檢查和定期維護，傳（chuán）統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需（xū）要經常維護，維護成本費（fèi）用高。同時係統無法實現在低速運行的情況（kuàng）下進行係統維護。直驅（qū）係統構成單元（yuán）簡（jiǎn）單，變頻器（qì）控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無（wú）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（háng）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統（tǒng）驅動係統年節電量達181萬（wàn）元。（按照5000h,0.6元/kWh）立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（zhí）驅立磨結構示意圖
本（běn）新型立磨結構采用永磁直驅電機驅（qū）動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正軸承（chéng）與（yǔ）壓力軸承上進行突（tū）破（pò），通（tōng）過（guò）設計一種雙（shuāng）向載荷（hé）扇形模（mó）塊機（jī）構替代大直徑軸承，方便（biàn）加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在（zài）工程實際中具有很強的（de）實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨（mó）專用（yòng）永磁電機，代替（tì）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位置（zhì），均能達到扶正與承壓（yā）的作用（yòng），並且方便製造、裝配維護，節省成（chéng）本。均已申請專（zhuān） 利（lì）。
永磁直驅（qū）礦用球磨機 
