1、技術背景
傳（chuán）統的球磨（mó）機、立磨（mó）機大都采用（yòng）三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導（dǎo）致球磨機的傳動係（xì）統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學（xué）電機與控製技術研究所與（yǔ）河南（nán）天美传媒在线（xīn）機電（diàn）設備有限公司聯合設計研發（fā）的球磨機（jī）、立磨機采用永磁直（zhí）驅電機,通過將電動（dòng）機與機械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（qū）方案（àn），能直接滿足荷載的（de）需求，省去傳統磨機的減速機，顯（xiǎn）著提（tí）高（gāo）了電機的效率與功率（lǜ）因數（shù），具有節能、起（qǐ）動轉矩大、過載能力（lì）強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在（zài）控製方麵,本產品電機定子采（cǎi）用了模塊化設計，不僅降低了加工、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機。模塊化電機的控製技術可以實現（xiàn）降低大功率（lǜ）電機的輸（shū）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供（gòng）電，這樣設計降低了電機的供電電壓和（hé）使用的變頻（pín）器容量，從而降（jiàng）低成本。每個模塊（kuài）電機都具有一套獨立的控製係統，大大提（tí）升了電機控製的自由度（dù），球磨機運行在輕載工況時，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（kuài），通過機械結構設計（jì），確定了一種無論球磨機（jī）轉筒是（shì）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。本產品通過機械結構設計保證（zhèng）定子（zǐ）與轉（zhuǎn）子（zǐ）間的間隙恒定，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機的小（xiǎo）很多，從而大（dà）幅降低電機永磁體用量，降低生產成本（běn），節約稀土資源，節能用電量。當（dāng）模塊（kuài）發生故（gù）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（shǐ）用本（běn）產品完（wán）全（quán）不會因電機（jī）發生故障（zhàng）而影響到生（shēng）產（chǎn）工（gōng）期。
2、球磨（mó）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（gòu）成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊（kuài）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（bú）影響車輪與地麵貼合，即滾筒（tǒng）偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原（yuán）因造成電機偏（piān）心、氣（qì）隙不均勻時，仍（réng）能正常運轉，保（bǎo）證磨（mó）機（jī）始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨（suí）動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機（jī）的定子為隨動式結構,基於模塊（kuài）化（huà）永磁直驅電機，采用獨（dú）立的（de）扇形（xíng）定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側（cè）安裝滾輪且（qiě）滾（gǔn）輪貼合滾筒來確（què）定定子與轉子間（jiān）的間隙，定子塊徑向（xiàng）外側（cè）設有與支撐框（kuàng）架相連的彈性機（jī）構。彈性機（jī）構在球磨機滾筒不偏心時處於（yú）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安裝（zhuāng）的滾輪，進而帶動定（dìng）子（zǐ）塊向上移動（dòng），上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊（kuài）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（gòu）將其向（xiàng）上頂，保證下方定（dìng）子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動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（xiàng）下複位或（huò）繼續向下（xià）波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的（de）同（tóng）時，彈性機構將上（shàng）方其向下壓,下方定子塊（kuài）被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於（yú）不同位（wèi）置的定（dìng）子塊設置不同的壓（yā）力,避免因彈性裝置（zhì）設置的壓力過（guò）大造成滾輪或（huò）轉筒磨損較快（kuài）。
本產品將永磁電機（jī）采用模塊化控（kòng）製，根據不同功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（yī）個轉子（zǐ），模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨（suí）動式定子塊間設有固定在支撐（chēng）框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝（zhuāng）電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球（qiú）磨機的（de）徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊（kuài）之間的連接杆、彈性機構支（zhī）撐架，即可將定子塊沿（yán）徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代（dài）替傳統磨機的電機驅動（dòng）係統的優點
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（chǐ）輪結構進行（háng）驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高（gāo）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（diàn）機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則（zé）起動相對（duì）困難。這（zhè）些也是近年（nián）來永磁電（diàn）機（jī）應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機（jī）、聯（lián）軸器、及齒輪的傳（chuán）動環節，縮（suō）短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨（mó）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（hái）避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由（yóu）於本產品（pǐn）電機定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了（le）加工，製造，運（yùn）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。模塊化電機的控製技術可以實現降（jiàng）低大功率電機（jī）的輸（shū）入電壓，但是不（bú）增加電機的輸入電流，電機（jī）不必（bì）采用高等級絕緣，模塊化電機采用多台小功（gōng）率變頻（pín）器聯合供電。這樣設計降低了電機（jī）的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容（róng）量，從而降低成本。球（qiú）磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機（jī）驅（qū）動球磨機。
傳統（tǒng）電機故障時，會導致電機合成磁（cí）動勢發生畸變（biàn），諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動（dòng）顯（xiǎn）著增加，無法繼續正常運（yùn）行。而本產品進行了（le）模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大（dà）提升了電機（jī）控製的自（zì）由度（dù）,可以利用其多電機結構（gòu）和控製（zhì）靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障（zhàng）電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊（kuài）而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本（běn）產品（pǐn）完全不會（huì）因電機發生故障而影響到生產工期。
球（qiú）磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙（xì）大小來預防（fáng）掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用（yòng）量增加，提高電機製造成本。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之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，電機不會發生（shēng）掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在（zài）偏心時（shí）能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大（dà）體（tǐ）積球（qiú）磨機檢修複雜，降低（dī）檢修次數就是提高（gāo）生產效（xiào）率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技（jì）術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實（shí）現負載（zǎi）工況多樣性
傳（chuán）統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮（dī）高度來改變係統工作環境，係統反應速（sù）度（dù）慢。永磁（cí）同步電機采用變頻（pín）調速，適應工（gōng）況能（néng）力強。遇到（dào）突發事件，除調整磨輾（niǎn）高度外，還增（zēng）加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統（tǒng）反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性（xìng）高
傳統係統因三相感應電機無法在低速實現（xiàn）大（dà）轉矩輸（shū）出，需要額外的盤車係統滿足立磨（mó）的低速起動。為保證在電機起（qǐ）動過程不對（duì）電網造成過大（dà）的衝擊，需增加軟起動裝置。三（sān）相（xiàng）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（fù）雜，係統運行的輔助設備很多（duō）。直驅係統由變頻控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（chē）係統和減速器，輔助係統少，結（jié）構（gòu）簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過（guò）程隨意設定
傳統（tǒng）係統先由低速盤車係統起（qǐ）動，待三相感應（yīng）電機達（dá）到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運（yùn）行。係統（tǒng）控製複（fù）雜，低速無法實現（xiàn）過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉（zhuǎn）速（sù）提高到三相感應（yīng）電機起動條（tiáo）件。直驅係統直接變頻低速起動，係（xì）統直接運行，係統控製（zhì）簡單。變頻控製起動過程可（kě）根據（jù）實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可（kě）過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查（chá）和定期維護，傳（chuán）統（tǒng）係統構成單元多。同時（shí）立磨減速器結構複雜需要經常維（wéi）護，維護成本費用高。同時係（xì）統無法實現在低（dī）速運行的情況下（xià）進行係統維護。直（zhí）驅係統構成單（dān）元簡單，變頻器（qì）控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無（wú）需額外進行（háng）維護，係統維護（hù）成本低。同時，係統可實現在電機低（dī）速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高（gāo）,節能效果明顯
綜上采（cǎi）用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統（tǒng）的優勢與球（qiú）磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述（shù）。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承（chéng）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），方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成本,在工（gōng）程實（shí）際中具有很強的實用（yòng）型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替（tì）傳統的減速機與三（sān）相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同（tóng）的（de）放置位置，均能達到扶正與承壓的作（zuò）用，並且方便製造（zào）、裝配維護，節省成本。均已申請專（zhuān） 利。
永磁直（zhí）驅（qū）礦用球磨機 
