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、減速裝置以及齒輪結構進（jìn）行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複（fù）雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽（yáng）工業大（dà）學電機與（yǔ）控製技術研究所與（yǔ）河南草莓视频黄色機電設備有限公司聯（lián）合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機（jī）械（xiè）結構進行機電一體化設計（jì），取消動力傳輸的中間環節，做成（chéng）直驅方案，能直接滿足荷載的需（xū）求，省去傳統磨（mó）機的減（jiǎn）速機，顯（xiǎn）著提高了電機的效率（lǜ）與功率因數，具有節能、起動轉（zhuǎn）矩大（dà）、過載能力強、係統免維護、自動化程（chéng）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（shè）計，不僅降（jiàng）低了加工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）當（dāng）於把一個大功率電機做成（chéng）了多個小功率電機。模塊化電（diàn）機（jī）的控製技術可以實現降低（dī）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。模塊化電（diàn）機采用多台小功率變頻器聯（lián）合供電，這樣（yàng）設計降低了（le）電機（jī）的供電電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低成本。每個模塊電機（jī）都具有一套獨立的控製係統，大大（dà）提升（shēng）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（yùn）行部分模塊電機驅（qū）動球磨機。
在結構方麵，本產（chǎn）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（yuán）的定子分成（chéng）若幹個相（xiàng）互存在間隙的小扇形塊，通過機械結（jié）構設（shè）計，確定了一種（zhǒng）無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉（zhuǎn）子間隙恒定的結（jié）構。本產品通過機械結構（gòu）設計保證定子（zǐ）與轉子（zǐ）間的間（jiān）隙恒定，電機不（bú）會發生掃膛現（xiàn）象，因此電機的氣隙（xì）可以（yǐ）設計的（de）比普通永（yǒng）磁直（zhí）驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用（yòng）量（liàng），降低生產成本，節約稀土（tǔ）資源，節（jiē）能用（yòng）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（zhèng）常運行（háng）。使用本產品完全不（bú）會因電機（jī）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（shù）
本產品的（de）隨動式定子結構構（gòu）成一種“小（xiǎo）車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路（lù）行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒（tǒng）偏（piān）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（jī）因裝配誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心（xīn）、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在（zài）性能狀（zhuàng）態，不必停機檢修。同（tóng）時電機定子與轉子間的（de）間隙也可以做的更小，減少（shǎo）永磁體用量（liàng），並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定（dìng）子為隨動式結構,基於模（mó）塊化永磁直驅（qū）電機，采用獨立的（de）扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩（liǎng）側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定（dìng）子與轉子間的（de）間隙，定子塊徑向（xiàng）外側設（shè）有與支撐框架（jià）相連的彈性機構。彈性機構在球磨機（jī）滾筒（tǒng）不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機（jī）滾筒向上（shàng）波動，轉筒會向上（shàng）頂定子塊上安（ān）裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上（shàng）方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引（yǐn）力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保（bǎo）證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊（kuài）跟（gēn）隨轉筒波動而進行徑向與圓（yuán）周方向的移動，從（cóng）而保證定子、轉子之間的間隙不變（biàn）。球磨機（jī）滾筒向下複位或繼續向下（xià）波動，則上（shàng）方定（dìng）子塊（kuài）在受到永磁體對（duì）其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓（yā）,下方定子（zǐ）塊被轉筒向下壓（yā）。
本產品彈性裝置（zhì）的壓（yā）力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不（bú）同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓（yā）力過大造成滾輪（lún）或轉筒磨損較快。
本（běn）產品將永磁電機采用模（mó）塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同（tóng）個數的隨動式定子（zǐ）塊構（gòu）成一台模塊電機，一台整圓電機由（yóu）多台模塊電機構（gòu）成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾（gǔn）筒（tǒng）上。相鄰隨動式定子塊（kuài）間設有固定在支撐框架上的擋板來對定（dìng）子塊進行圓（yuán）周方向的限位。球磨機滾筒的（de）法蘭（lán）處（chù）銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉（zhuǎn）子鐵心及磁（cí）鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依（yī）次拆卸密封外殼、彈性機構、彈（dàn）性機構與（yǔ）定子塊之間（jiān）的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換（huàn）新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的（de）電（diàn）機驅動係統的優點
現階段大多數（shù）的球磨機仍采用（yòng）三相感應電動機（jī）、聯軸（zhóu）器、減速裝（zhuāng）置以（yǐ）及齒輪結構（gòu）進行（háng）驅動。永磁（cí）同（tóng）步（bù）電機與（yǔ）感（gǎn）應電機相比優勢是它有較高的效率和（hé）功率因數，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（jī）運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難（nán）。這些（xiē）也是近年來永磁電（diàn）機應用越來越（yuè）廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消（xiāo）了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將（jiāng）提升至少20%。球磨機直驅係（xì）統的傳動效率不（bú）僅得到大幅提升，而且直驅係統的故（gù）障率低，維護檢修方便，還避（bì）免了傳統設備因漏（lòu）油造（zào）成環境汙（wū）染。
由於（yú）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（gōng）率電（diàn）機做成了多個小功率電機。模塊（kuài）化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的（de）輸（shū）入（rù）電流，電機不必采用高等級（jí）絕緣，模塊化電機采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（dī）成本。球磨機（jī）運行（háng）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（gù）障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含（hán）量增（zēng）加，平（píng）均轉矩下降，轉矩波動顯著增（zēng）加（jiā），無法繼（jì）續正常運行。而本產品進行了模塊化設（shè）計，每（měi）個模塊電機都具有一（yī）套獨立的控（kòng）製係統，大大（dà）提升了電機控製的自由度（dù）,可以利用其多電機（jī）結構（gòu）和（hé）控製靈活的優勢，在（zài）發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模（mó）塊電機即（jí）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而控製其餘正常子模塊（kuài）降額運行。使用（yòng）本產品完全不會因電機發（fā）生故障而影響到生產（chǎn）工期。
球（qiú）磨（mó）機因加（jiā）工誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒（tǒng）形（xíng）變或重（chóng）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（sǎo）膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防（fáng）掃膛，而氣隙增大會導致永（yǒng）磁體用（yòng）量增加，提高電機製造成本。隨動式定（dìng）子（zǐ）結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子（zǐ）與轉子（zǐ）之間的間（jiān）隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量（liàng），電機不會發生（shēng）掃膛現象，同時因為該隨動式（shì）定子結構在偏（piān）心時能繼續正常工作（zuò），檢（jiǎn）修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複（fù）雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨（mó）機裝配示意圖
二（èr）、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電（diàn）機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況（kuàng）多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件（jiàn），調整磨鞮（dī）高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度（dù）外，還（hái）增加了（le）速度調節以快速適應係統工作（zuò）環境，係統反應速度更（gèng）快。
(2）係統簡單,可靠性（xìng）高
傳統係統因三相（xiàng）感應電機無法在低速實現大轉（zhuǎn）矩（jǔ）輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為（wéi）保證在電機起動（dòng）過程不對電網造成過大的衝擊，需（xū）增加（jiā）軟起（qǐ）動裝置。三（sān）相感（gǎn）應電機起動後，通（tōng）過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的（de）輔助設（shè）備很多。直驅係統由變頻控製係統控製（zhì）永（yǒng）磁同步電機起動，轉矩特性滿足（zú）需要，無需盤車係統和（hé）減速器，輔助係統少，結構簡（jiǎn）單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係（xì）統（tǒng）先由低速盤車（chē）係統起動，待三相感（gǎn）應電（diàn）機達到起動條件後，軟起動裝置（zhì）起動三相感應（yīng）電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低（dī）速過（guò）程需要盤車係統（tǒng），將轉速提高到三相感應電機起動條件。直（zhí）驅係統直接變（biàn）頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻（pín）控製起動過（guò）程可根（gēn）據實際工況進行調整（zhěng），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（chē）係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係（xì）統各構成單元均需（xū）要時常檢查和定期維護，傳統係統構成（chéng）單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經（jīng）常維護，維（wéi）護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護（hù）。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電（diàn）機直接驅動（dòng），控製方便。係（xì）統內無減速器，無需額外進行維護，係統（tǒng）維護（hù）成本低。同時，係統可實現在電機（jī）低速運行情況下進行（háng）係統維（wéi）護。
(5）傳（chuán）動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永（yǒng）磁電機取代傳統驅動（dòng）係（xì）統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係（xì）統（tǒng）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（jié）構示意圖
本新型（xíng）立磨結構采用永磁直驅電（diàn）機驅動,提高了立磨效率。在立（lì）磨扶正軸承與壓（yā）力軸承上進行（háng）突（tū）破，通（tōng）過設計（jì）一種雙向載荷扇（shàn）形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降（jiàng）低成本,在工程實際中具有很強的（de）實用型。
針對大、中、小型不同（tóng）尺寸（cùn）的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁（cí）電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位（wèi）置（zhì），均能達到扶（fú）正與承壓的作用，並（bìng）且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申（shēn）請專 利。
永（yǒng）磁直驅礦用球磨機 
