1、技術（shù）背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的（de）傳動係統存（cún）在（zài）機械傳動鏈（liàn）冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈（shěn）陽工業大學（xué）電（diàn）機與控（kòng）製技術研究所與河（hé）南天美传媒在线機電設備有限（xiàn）公司聯合設計研發的球磨機、立（lì）磨機采用永磁直驅電機,通過（guò）將電動機與機械結構進（jìn）行機電一體（tǐ）化設計，取消動力傳輸的中（zhōng）間環節，做成直驅（qū）方案，能直接滿（mǎn）足荷載（zǎi）的需（xū）求（qiú），省去傳統磨機的減速機，顯著提高（gāo）了電機的效率與功率因數，具有節（jiē）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（běn）產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸（shū）等難（nán）度（dù），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（kòng）製技術可以實現降低大功率（lǜ）電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電（diàn）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（biàn）頻器聯合供（gòng）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。每個模塊（kuài）電機都（dōu）具有一套獨立（lì）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（zǎi）工況時，完全（quán）可以隻運行部分（fèn）模塊電機驅（qū）動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的（de）定子采用了一（yī）種自主設（shè）計研發的隨動式（shì）結構，將整圓的（de）定（dìng）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是否震動或偏心，定子塊始終跟隨（suí）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定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛（táng）現象（xiàng），因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從（cóng）而大幅降低（dī）電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能（néng）用（yòng）電量。當模塊發（fā）生故障時，直接拆卸故（gù）障電機，更換（huàn）新的（de）模塊電機即（jí）可正常（cháng）運行。使用本產品完全不會因電機發生故障（zhàng）而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨（suí）動式永磁直（zhí）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（jiù）像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合（hé）滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛（shǐ），公路（lù）的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影（yǐng）響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉（zhuǎn）子間隙恒定，在球磨（mó）機因裝配誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形（xíng）變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻（yún）時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行（háng）在性能狀態（tài），不必停機檢修。同（tóng）時電機定子與轉子間的間隙也可以做的（de）更小，減少永磁體（tǐ）用量，並且因為隨動式結構，電機不（bú）會（huì）發生掃膛現象。
本產（chǎn）品電機的定子（zǐ）為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定（dìng）子塊結構，其隨動原理是在定子（zǐ）塊的軸（zhóu）向兩（liǎng）側安裝滾（gǔn）輪且滾輪貼合滾筒（tǒng）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（lián）的彈性機構。彈性機構在球磨（mó）機滾筒不偏心時（shí）處於（yú）半（bàn）壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動（dòng），轉筒會向上頂定子塊（kuài）上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構（gòu）繼續壓（yā）縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子（zǐ）塊（kuài）上的彈性機構將其向上頂，保證下方定（dìng）子塊的滾輪依（yī）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（yuán）周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不（bú）變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波（bō）動，則（zé）上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機（jī）構（gòu）將（jiāng）上方其向下（xià）壓,下方（fāng）定子塊（kuài）被轉筒（tǒng）向下壓。
本產（chǎn）品彈性裝置的壓力大（dà）小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大（dà）造成滾輪或轉筒（tǒng）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（jī）共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上（shàng）。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（chēng）板,用於支撐安裝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，隻需要沿球磨（mó）機的（de）徑向依次拆卸（xiè）密封外殼、彈性（xìng）機構、彈性機構與定子（zǐ）塊之間的連接杆、彈性機構支撐（chēng）架，即可將定子塊沿（yán）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（tǒng）磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多數（shù）的球磨機仍采用三相感應電動機（jī）、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（tā）有較高的效率（lǜ）和功（gōng）率因數，損耗大（dà）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（píng）穩，係統響應速度快，感應電機（jī）則起動相對困難。這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（qū），取（qǔ）消了中間（jiān）的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係統（tǒng）的傳動效（xiào）率將（jiāng）提（tí）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環境汙染。
由於（yú）本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）低了加工（gōng），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（jì）術（shù）可以實現降低大功率電（diàn）機的輸入（rù）電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕（jué）緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合（hé）供電。這樣設計降（jiàng）低了電機的供電電（diàn）壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機（jī）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（mó）機。
傳統電機故障時，會導致電機合（hé）成磁動勢發生畸（jī）變，諧波含量增（zēng）加，平均轉矩下（xià）降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊（kuài）電機都具有一（yī）套獨立的控製係統，大大提升（shēng）了電機控製的（de）自由（yóu）度,可以利用其多電機結構和控製靈活（huó）的優勢（shì），在發（fā）生故障時（shí）。可以直接（jiē）拆卸故障電（diàn）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（zǐ）模塊而控製（zhì）其（qí）餘正常子模塊降額運（yùn）行。使用本產品完全不會因電機發生故障而（ér）影響到（dào）生產工期。
球（qiú）磨機因加工誤差（chà）、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（táng）損壞（huài）電機，實際（jì）生產中常常通過（guò）增加氣隙大小來（lái）預防掃膛，而氣隙增大會導致（zhì）永磁體用（yòng）量增加，提高（gāo）電機製造成本。隨（suí）動式定子結（jié）構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子（zǐ）與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象（xiàng），同時因為該（gāi）隨動式定子結構在偏心（xīn）時能繼續（xù）正常工作，檢修次數更少（shǎo），工作時（shí）間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效（xiào）率。
4、隨動（dòng）式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立（lì）磨技術（shù）
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負（fù）載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適（shì）應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工（gōng）作環境，係統反應速度慢。永磁同（tóng）步電機采用變頻調速，適應（yīng）工況能力強。遇到突發事件（jiàn），除（chú）調整磨輾高度外，還增加了速度調節（jiē）以快速適應係統工作環境，係統反應速度更（gèng）快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電（diàn）機（jī）無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電（diàn）網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三（sān）相感應電機起（qǐ）動後，通過減速器滿足係統轉矩（jǔ）需（xū）要，整（zhěng）個係統構成複（fù）雜，係統運行的輔助設備很（hěn）多。直驅係統由變頻控製係（xì）統控製永磁同步電機起動，轉矩（jǔ）特性滿（mǎn）足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少（shǎo），結（jié）構簡單。
(3）變頻器軟（ruǎn）起動，起動過（guò）程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起（qǐ）動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起（qǐ）動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控（kòng）製複雜，低速無法實現過載輸出（chū）。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感（gǎn）應電機（jī）起（qǐ）動條件。直驅（qū）係統直接變頻低速起動（dòng），係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據（jù）實際工（gōng）況進行（háng）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）無減速器（qì），維護成本更（gèng）低（dī）,維護次數少
係統（tǒng）各構成單元均需要時（shí）常檢（jiǎn）查和定期維護（hù），傳統係統構成單元多。同時立磨（mó）減速（sù）器結構複雜需要經常維護，維護成（chéng）本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下（xià）進行係統維護。直驅係（xì）統構成單元簡單（dān），變頻器控製永磁同步電機（jī）直接驅動（dòng），控製方便。係統（tǒng）內無減速器，無（wú）需額外進行維（wéi）護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低（dī）速運行情況下進行係（xì）統維護。
(5）傳動效率高,節（jiē）能效果明（míng）顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳（chuán）統驅動係（xì）統年節（jiē）電（diàn）量達181萬元。（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、永磁直驅立磨（mó）結（jié）構示意圖
本新型立磨（mó）結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效（xiào）率。在立磨（mó）扶正軸承與壓力軸承上進行（háng）突破，通過設計（jì）一種雙（shuāng）向載荷扇形模塊機構替代（dài）大直（zhí）徑軸承（chéng），方便加工、生產、運輸、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、小型不同尺寸的立磨，分別（bié）設計了三種立磨專用（yòng）永磁電機，代替傳統的減速機與三（sān）相異步電動機，永磁（cí）直驅電機具有雙向載荷機構與不（bú）同的放置位置，均能達到扶正與承壓的（de）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（zhí）驅礦用（yòng）球磨機 
