1、技術背景
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（zhuāng）置以及（jí）齒輪結構進（jìn）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、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研（yán）究所與河南红桃影视機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化（huà）設計，取消動力傳輸的中間環節（jiē），做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具（jù）有節能（néng）、起動轉（zhuǎn）矩大、過（guò）載（zǎi）能力強、係（xì）統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵（miàn）,本產（chǎn）品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功（gōng）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低大功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）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（diàn），這樣（yàng）設計降低了電機的供電電壓（yā）和（hé）使用的變頻器容（róng）量，從而降低（dī）成本。每個模塊（kuài）電機都具有一套獨立的控製係統，大大（dà）提升了電機控製的自由度，球（qiú）磨機運行在輕載工況時，完（wán）全可以隻運行部分模（mó）塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電（diàn）機（jī）的定子采用了一種自主設計研發的（de）隨動式結構，將整（zhěng）圓的定子分成若幹個（gè）相（xiàng）互存在間隙的小扇形塊，通過機（jī）械結構（gòu）設（shè）計，確定了（le）一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟（gēn）隨轉筒運動從而保持定子（zǐ）與轉子間（jiān）隙恒定的結構。本產品（pǐn）通過機械結構設計保（bǎo）證定子與轉子間的（de）間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以（yǐ）設計（jì）的比普（pǔ）通永磁直驅電機（jī）的小很多，從而大（dà）幅（fú）降低（dī）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（diàn）機，更換新的模塊電機（jī）即可（kě）正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用（yòng）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（zhǒng）“小（xiǎo）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（xuán）轉相當於（yú）汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒（héng）定，在球磨機因裝配誤差（chà）、軸承磨（mó）損、滾筒形變、重（chóng）載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨（mó）機始終運行在性能狀（zhuàng）態（tài），不必停（tíng）機檢修。同時電機定子（zǐ）與轉（zhuǎn）子間的間隙也可以（yǐ）做的更小，減少永磁體用量，並（bìng）且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨（suí）動式結構,基於模（mó）塊化永磁直驅電機（jī），采用獨立的（de）扇形定子塊（kuài）結構，其隨動原理是在定子（zǐ）塊的軸向兩側安裝滾（gǔn）輪且滾輪（lún）貼（tiē）合滾筒來確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機（jī）構。彈性機構在球磨（mó）機滾筒不偏（piān）心時處於半（bàn）壓縮狀態,如果球（qiú）磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子（zǐ）塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在（zài）受到永磁體對其向上的吸引力的（de）同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾（gǔn）輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉（zhuǎn）筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，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（zài）受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,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（yú）不同位置的定子塊設置（zhì）不同的壓（yā）力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造（zào）成滾輪或（huò）轉筒磨（mó）損較快。
本產品將（jiāng）永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機（jī）設計采用不同個（gè）數的隨動式定子塊構成一台（tái）模塊電機，一台整圓電機由（yóu）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（ān）裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固（gù）定在支（zhī）撐框架（jià）上的擋（dǎng）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（xián）接T型支撐板,用於支（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）裝拆卸十分便捷，隻（zhī）需要沿球磨機的徑向（xiàng）依次拆卸（xiè）密封（fēng）外殼、彈（dàn）性機構、彈性機構與定子塊之（zhī）間的連接杆、彈性機構支撐（chēng）架，即可（kě）將定（dìng）子塊沿（yán）徑向拉出，進（jìn）行檢（jiǎn）修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大（dà）多數的球磨機仍采用三相（xiàng）感應電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較（jiào）高的效率和（hé）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（diàn）機（jī）運行平穩，係（xì）統響（xiǎng）應（yīng）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（diàn）機應用越來（lái）越（yuè）廣泛的原因。
采用永磁（cí）直驅，取消了中間的減速機（jī）、聯軸（zhóu）器、及齒輪的傳動環節，縮（suō）短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升（shēng），而且（qiě）直驅係統的故障率（lǜ）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。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小（xiǎo）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壓，但是不（bú）增加（jiā）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（pín）器聯合供電。這樣（yàng）設計降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成（chéng）本。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。
傳（chuán）統電機故障時，會導致（zhì）電機合成磁（cí）動勢發生畸（jī）變，諧（xié）波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動（dòng）顯著增加，無法繼續正（zhèng）常（cháng）運行。而本產品（pǐn）進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨（dú）立的（de）控（kòng）製係統，大大提升了電機控製（zhì）的自由度,可（kě）以利（lì）用（yòng）其多電機（jī）結構和控製（zhì）靈活的優勢，在發生故（gù）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（de）模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故（gù）障而影響到生（shēng）產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變或重（chóng）載產生震動等因素會發生轉子偏心現（xiàn）象，偏心（xīn）嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實（shí）際生產中（zhōng）常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙（xì）增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能（néng）在轉筒偏（piān）心時保證定子與轉子之間（jiān）的（de）間隙恒定，可將氣隙（xì）做的更小，減少永磁體（tǐ）用（yòng）量，電機不會發生（shēng）掃膛現象，同時因為該隨動式定子結（jié）構在偏心時能繼續正常工作（zuò），檢修（xiū）次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修（xiū）複雜，降低檢修次數就是提高生（shēng）產效率。
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（bǐ）於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現（xiàn）負載工況（kuàng）多樣性（xìng）
傳統立磨速度單一，工況（kuàng）適應能力差。遇到（dào）突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作（zuò）環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變（biàn）頻（pín）調速，適應工況（kuàng）能力強。遇到突發事（shì）件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適（shì）應係統工作環（huán）境，係統反應速度（dù）更快。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠性高
傳統（tǒng）係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩（jǔ）輸出（chū），需要額外的盤車係統滿足立磨的低（dī）速起動。為保證在電機起（qǐ）動過程不（bú）對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器（qì）滿足係統轉矩需要，整個係（xì）統構成複雜，係統運（yùn）行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同（tóng）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（xì）統少，結構簡單。
(3）變頻器軟（ruǎn）起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應（yīng）電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電（diàn）機，係統（tǒng）運行（háng）。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出（chū）。在低速過（guò）程（chéng）需（xū）要盤車係統，將轉速提（tí）高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速（sù）起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻（pín）控製起動過程可根據實際工況進行（háng）調整，以滿足各種工（gōng）況的需求（qiú）。低速可過載輸出，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（xū）要時常（cháng）檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同（tóng）時立磨減速器結構複雜需要經常（cháng）維護（hù），維護成（chéng）本費用高。同時係統無法實現在低（dī）速運行（háng）的情況下（xià）進行係統（tǒng）維護。直驅係統構成（chéng）單元簡單，變（biàn）頻器控製（zhì）永磁（cí）同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進（jìn）行維護，係統維護成本低。同時，係統可（kě）實現在電機低速（sù）運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高（gāo）,節（jiē）能效果明顯
綜上采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5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球（qiú）磨（mó）機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
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（diàn）機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突（tū）破，通過設（shè）計一種（zhǒng）雙向載荷扇（shàn）形模塊機構（gòu）替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在（zài）工程實際中具有（yǒu）很強（qiáng）的實用型。
針對大、中、小型（xíng）不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減（jiǎn）速機與三相異步電（diàn）動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的（de）放置位置，均能（néng）達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本（běn）。均已申請專 利。
永磁直驅（qū）礦用球（qiú）磨機 
