1、技（jì）術背景
傳統的球磨機、立磨機（jī）大都采用三相異步電（diàn）動機、聯軸（zhóu）器、減（jiǎn）速裝置以及（jí）齒輪結（jié）構進行驅動，導致球（qiú）磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維（wéi）護工作量大等（děng）問題。
沈（shěn）陽工業大學電機與控製技術研究所與河南天美传媒在线機電設備（bèi）有限公（gōng）司聯合設計研（yán）發的球磨機、立磨機（jī）采用永磁直驅電機,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，做成直驅方案，能（néng）直接滿足（zú）荷載的需求，省去（qù）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,本產品電機定子采（cǎi）用了模塊化設計，不僅降低了加工、製（zhì）造、運輸等難度（dù），還相當（dāng）於把一個大功率電機做成了（le）多個（gè）小功率電機。模塊化電機的控製技術（shù）可以實現降低大功率電機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機（jī）的輸（shū）入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用（yòng）多台小功率變頻器聯合供電（diàn），這樣設計降（jiàng）低了電機的供電電壓和使用的變頻器（qì）容量（liàng），從而降低成本。每個（gè）模塊電機都具有一套獨立的控製（zhì）係統，大大提升（shēng）了電（diàn）機控製的自由度，球（qiú）磨機運（yùn）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（zài）結構方麵，本（běn）產品電機的定子采（cǎi）用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成（chéng）若幹個相互存在間隙（xì）的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了（le）一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心（xīn），定子塊始（shǐ）終跟隨轉筒運動（dòng）從而保持定子與轉子間隙恒（héng）定的結構。本產品通過機械結構（gòu）設計保證定子與轉（zhuǎn）子間的間（jiān）隙恒（héng）定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣（qì）隙可以設計的比普通永磁直（zhí）驅電機（jī）的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到（dào）生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁（cí）直（zhí）驅電機概述
本產品的隨動式定子結（jié）構構成一種“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（zhuǎn）相（xiàng）當於汽車在公路行駛，公路的（de）起伏不影（yǐng）響車輪與地麵（miàn）貼（tiē）合，即（jí）滾筒偏心浮（fú）動（dòng）不影（yǐng）響滾輪貼合滾筒，保（bǎo）證定子、轉子（zǐ）間隙恒定（dìng），在球磨（mó）機因裝配誤（wù）差（chà）、軸（zhóu）承磨（mó）損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏（piān）心、氣隙（xì）不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始（shǐ）終（zhōng）運行在性能狀態，不必停機檢修（xiū）。同時電機定子與（yǔ）轉子間的間隙（xì）也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電（diàn）機不會發生掃膛現象。
本產品電（diàn）機的定子為隨動式結構,基於（yú）模塊化永（yǒng）磁直驅（qū）電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其（qí）隨動（dòng）原理是在（zài）定子塊的（de）軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間（jiān）的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在（zài）球磨機滾（gǔn）筒不偏心時處於半壓（yā）縮狀態,如果球（qiú）磨機滾筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動（dòng）定子塊向（xiàng）上移動，上（shàng）方彈性機構繼（jì）續壓縮;下方定子（zǐ）塊在受到永磁（cí）體對其向上（shàng）的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其（qí）向上頂，保證下方定子塊的（de）滾輪依然貼（tiē）合轉筒外表麵，使定（dìng）子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從（cóng）而保證定子、轉子之間（jiān）的間隙不變。球磨（mó）機滾筒（tǒng）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（de）吸引力的同時，彈（dàn）性機構將上方其向下壓,下（xià）方定子塊被轉（zhuǎn）筒向下（xià）壓。
本產品（pǐn）彈性裝（zhuāng）置（zhì）的壓力大小可調（diào），對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避（bì）免因彈性裝置（zhì）設（shè）置的壓力過大（dà）造成滾輪或（huò）轉筒磨損較快。
本（běn）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動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓（yuán）電機由多台模塊電機構成,多台模（mó）塊電機共用同一個（gè）轉子，模（mó）塊電機包繞式安（ān）裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框（kuàng）架上的擋板來對定（dìng）子塊進行圓周方向的（de）限位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜接T型（xíng）支（zhī）撐板,用於支撐安裝電機（jī）轉子鐵心（xīn）及磁鋼。
本產品的隨（suí）動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機（jī）構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉（lā）出，進行檢修或更換新的（de）定子塊。
3、采用本（běn）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（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行驅（qū）動。永磁同步電（diàn）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。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩（wěn），係統響應速度快，感應電機則起動相對困難（nán）。這（zhè）些也是近年來（lái）永磁（cí）電機應用（yòng）越來（lái）越廣泛的原因。
采用永磁直驅（qū），取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的（de）傳動環節，縮短係統（tǒng）的（de）傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升（shēng）至少20%。球（qiú）磨機直驅係統的傳動效率不（bú）僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障（zhàng）率（lǜ）低，維護檢修（xiū）方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工（gōng），製造，運（yùn）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降（jiàng）低大功率電機的輸入電（diàn）壓，但（dàn）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（cǎi）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容量，從而降低成本。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。
傳統電機故障時（shí），會導致（zhì）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（xiǎn）著增加，無（wú）法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計（jì），每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,可以利用其多電機結構和控製（zhì）靈活（huó）的優勢，在發生故障（zhàng）時。可以直接拆卸（xiè）故障電機（jī）更換新的模塊（kuài）電機即可正常運（yùn）行。模塊化電機具有（yǒu）冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控（kòng）製其餘正常子模塊（kuài）降額運行。使用本產品完（wán）全不會因電（diàn）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（huò）重載（zǎi）產生震動（dòng）等（děng）因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會（huì）造（zào）成電機掃膛損壞（huài）電機，實際生（shēng）產中常常通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，提（tí）高電機（jī）製造成本。隨動式定子結構的模塊電（diàn）機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將（jiāng）氣隙做的更小（xiǎo），減少永（yǒng）磁體用量，電機（jī）不會（huì）發生掃膛現象，同時因為該隨（suí）動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工（gōng）作時間更（gèng）長，大體積球磨機檢修複（fù）雜，降低檢修次數（shù）就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永（yǒng）磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比（bǐ）於傳統感應電（diàn）機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載（zǎi）工（gōng）況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適（shì）應能力差。遇到突發事件，調整（zhěng）磨鞮高度來（lái）改變係統工作環境（jìng），係統反應速度慢。永磁（cí）同步（bù）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（niǎn）高度外，還增加（jiā）了速（sù）度調節以快速（sù）適應係統工作環境，係統反應（yīng）速度更快。
(2）係（xì）統簡單,可靠（kào）性高
傳統係統因（yīn）三相感應電（diàn）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低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增（zēng）加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係（xì）統轉矩需要，整個係統構成複（fù）雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁（cí）同步（bù）電機起動，轉矩（jǔ）特（tè）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（ruǎn）起動，起動過（guò）程隨意設定
傳統係（xì）統先（xiān）由低速盤車係統起動，待三相感應（yīng）電（diàn）機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感（gǎn）應電（diàn）機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速（sù）過程需（xū）要盤車係統，將轉速提高到（dào）三相感應電機起動條件。直（zhí）驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控（kòng）製簡單。變頻控製起動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，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減（jiǎn）速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單元均需要（yào）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經常維護，維護成本費用高（gāo）。同時係統無法實現在低速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（qì）控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器（qì），無需額外進行維護，係統（tǒng）維護成本（běn）低。同時，係統可實現在電（diàn）機低速運行情況下進行係統（tǒng）維護。
(5）傳（chuán）動效率高,節能效果明顯
綜（zōng）上采用直驅永磁電機取代（dài）傳統驅動係統年節（jiē）電量達181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立（lì）式鯤磨機直驅係統的（de）優勢與球磨機直驅係統相（xiàng）同，這裏不再一—贅述。
2、永磁（cí）直驅立磨結構（gòu）示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅（qū）電（diàn）機驅動（dòng）,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承（chéng）上進行突破，通（tōng）過設計一種雙向載荷扇形模塊（kuài）機構替代（dài）大（dà）直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝（zhuāng）配（pèi）、維修，並降低（dī）成本（běn）,在（zài）工（gōng）程實際（jì）中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不（bú）同尺寸的立磨（mó），分（fèn）別設計了三種立磨（mó）專（zhuān）用永磁電機，代（dài）替傳統的減（jiǎn）速機與三相異步電動機（jī），永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置（zhì）位置，均能達（dá）到扶正與承壓的作用，並且（qiě）方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機（jī） 
