1、技術背景
傳統的（de）球磨（mó）機、立磨機大都采用（yòng）三相異步電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅（qū）動，導致球磨機的傳動（dòng）係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行（háng）維護工作量大等問（wèn）題。
沈（shěn）陽工業大（dà）學電機與控（kòng）製技術研究所與河南草莓视频黄色機電設備有限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（tōng）過將電動機與機械結構進（jìn）行機電一體化設計，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（de）減速機，顯（xiǎn）著（zhe）提高了電機的效率與功率因數，具有（yǒu）節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高（gāo）等優（yōu）點。
在控（kòng）製方麵,本產品（pǐn）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（jī）。模塊（kuài）化電機的控製（zhì）技術可以實現降低大功率電機的輸（shū）入電（diàn）壓，但是不增加電機的輸（shū）入電流，電（diàn）機不必采用高等級（jí）絕緣。模塊化電機采用（yòng）多台小功（gōng）率變頻（pín）器聯合（hé）供電，這樣（yàng）設（shè）計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一（yī）套獨立（lì）的（de）控製係統，大大提（tí）升了電機控製的（de）自由度，球磨機運（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。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了（le）一種自主設（shè）計研發的隨（suí）動（dòng）式（shì）結構，將整圓的定子分成若幹個相（xiàng）互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構（gòu）設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震（zhèn）動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動（dòng）從（cóng）而保（bǎo）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，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計（jì）的比普通永磁直驅電機的小（xiǎo）很多，從（cóng）而（ér）大幅降低電機（jī）永磁體用量，降低生產成本（běn），節約稀土資源，節能用（yòng）電量。當模（mó）塊發生故障時，直接拆卸故障電（diàn）機，更換新的模塊電（diàn）機即可正常（cháng）運行。使用本產品（pǐn）完全不會因電（diàn）機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式（shì）永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽（qì）車。滾輪（lún）貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾（gǔn）筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子（zǐ）間隙恒定（dìng），在球磨機（jī）因裝配誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形變、重載震（zhèn）動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時（shí），仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必（bì）停機檢修。同時電機定子與轉子間的間（jiān）隙也可以做（zuò）的更小，減少永磁體用量，並且因為（wéi）隨動式（shì）結構（gòu），電機不會發生掃膛現（xiàn）象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模（mó）塊（kuài）化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊（kuài）結構，其隨動原理是（shì）在定子塊的（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（xì），定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不（bú）偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂（dǐng）定子塊上安裝（zhuāng）的滾輪，進（jìn）而（ér）帶動定（dìng）子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮（suō）;下方定子塊在受到永磁體（tǐ）對其向上的吸引（yǐn）力的同時，定子塊上的彈性機構（gòu）將其向上頂（dǐng），保證下方定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向的移動，從而保證定子、轉子（zǐ）之間的間隙不變（biàn）。球磨（mó）機（jī）滾筒（tǒng）向下複位（wèi）或繼續向下波動，則上方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向下的（de）吸（xī）引力的同時（shí），彈性機構將上方（fāng）其向下壓,下方定子塊被轉筒向（xiàng）下壓。
本產品彈性裝置的壓力（lì）大小可調，對於不同（tóng）位置的定子塊設置不同（tóng）的壓力,避免因彈性裝置（zhì）設置的壓力過大造成滾輪（lún）或轉（zhuǎn）筒磨（mó）損較快。
本產品將永磁電機采（cǎi）用模塊化控製，根據不同功（gōng）率的電機設計采用（yòng）不（bú）同個數的隨（suí）動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機（jī）由多台模塊電機構成,多台（tái）模塊電機（jī）共用同一個轉子，模塊電機包（bāo）繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球（qiú）磨（mó）機滾筒的（de）法蘭處銜接T型支撐板,用於（yú）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（xiè）十分便捷，隻需要（yào）沿球磨機的徑（jìng）向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機（jī）構與定（dìng）子塊之間的連接杆、彈性機構支撐（chēng）架，即可將定（dìng）子塊沿徑向拉出，進（jìn）行檢修或（huò）更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅（qū）動係統的優（yōu）點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電（diàn）動機、聯軸器、減速裝置以及（jí）齒輪結（jié）構進行驅動（dòng）。永（yǒng）磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的（de）效率和功率因數（shù），損耗（hào）大（dà）大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度（dù）快，感應電機則起動相對困難。這些也是近（jìn）年來永磁電機應用（yòng）越來（lái）越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取（qǔ）消了中間的減速機（jī）、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（xiào）率將提升至（zhì）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（lǜ）低，維護檢修方便，還避免了傳統（tǒng）設備（bèi）因（yīn）漏油造（zào）成環境（jìng）汙染。
由於本產品電（diàn）機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運（yùn）輸等難度（dù），還相當於把一個大功率電機做（zuò）成了多個（gè）小功率電機。模塊化電（diàn）機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機（jī）不必采用高等級絕緣，模（mó）塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供（gòng）電。這樣設計降（jiàng）低了（le）電機的供（gòng）電電（diàn）壓（yā）和使用的變頻器（qì）容量，從而（ér）降低成本。球磨機運行在輕載工況時（shí）,完全可以隻（zhī）運行部分模（mó）塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正（zhèng）常運（yùn）行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有（yǒu）一套獨（dú）立的控製係統，大大（dà）提升（shēng）了電機（jī）控製的自由度,可以利用其多電機結構和控（kòng）製靈活的優勢，在（zài）發生故障時。可以直接（jiē）拆卸故（gù）障（zhàng）電機更換新的模塊電機即可（kě）正常運行。模塊化電機（jī）具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正（zhèng）常子（zǐ）模塊降額運行。使用本產（chǎn）品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變或重載（zǎi）產生震動等（děng）因素會發生轉子偏心（xīn）現象，偏心（xīn）嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產（chǎn）中常常（cháng）通過增加氣隙大小來預（yù）防掃膛，而氣（qì）隙增大會導致（zhì）永磁體用量增加（jiā），提高電（diàn）機製造（zào）成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的（de）間隙恒定（dìng），可將氣隙做（zuò）的更小，減少永磁體用量，電機（jī）不會發生掃膛現（xiàn）象，同時因為該隨（suí）動式定子結構在偏心時能繼續正常（cháng）工（gōng）作，檢（jiǎn）修次數更少，工作（zuò）時間更長，大（dà）體（tǐ）積（jī）球磨機（jī）檢修複（fù）雜，降低（dī）檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝（zhuāng）配（pèi）示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅（qū）對比於傳統（tǒng）感應（yīng）電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負（fù）載工況（kuàng）多樣性（xìng）
傳統立磨速度單一（yī），工況適應能力差。遇到（dào）突發（fā）事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應（yīng）速度（dù）慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發（fā）事件，除（chú）調整磨輾高度（dù）外，還增加了速度調節以快速適應係統工（gōng）作環境，係（xì）統反應速度更快。
(2）係統簡單（dān）,可靠性高
傳統係（xì）統因三相感應電機（jī）無法在低速實現大轉矩（jǔ）輸出，需要額（é）外的盤車（chē）係統滿足立磨（mó）的低速起動。為保證（zhèng）在（zài）電機起動過程不對電網造成過大的衝（chōng）擊，需增加軟起動裝置。三（sān）相感（gǎn）應（yīng）電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助（zhù）設備很多。直驅係統（tǒng）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，無需盤車係統和（hé）減速器，輔助係統少，結構簡單（dān）。
(3）變頻器軟（ruǎn）起動（dòng），起動過（guò）程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速（sù）過程需要盤車係統，將轉速提高到三相（xiàng）感應電機起動（dòng）條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行（háng），係統控製（zhì）簡單。變（biàn）頻（pín）控製起動過程可根據實際工（gōng）況進行調整，以（yǐ）滿（mǎn）足各種工況（kuàng）的需求。低（dī）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（chéng）本更低,維（wéi）護次數少
係（xì）統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳（chuán）統係（xì）統構（gòu）成單元（yuán）多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本（běn）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。直驅係統構成單元簡（jiǎn）單，變（biàn）頻器控製永磁同步（bù）電機直接驅（qū）動，控製方便（biàn）。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維（wéi）護成本（běn）低（dī）。同時，係統可實現在電機低速運（yùn）行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能（néng）效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動（dòng）係（xì）統年節（jiē）電量達（dá）181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統（tǒng）的優勢與球磨機直驅係（xì）統相（xiàng）同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結（jié）構示意圖
本（běn）新型立磨結構采用（yòng）永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨（mó）扶正（zhèng）軸承與壓力軸承上進行突（tū）破，通過設計（jì）一種雙向載荷扇形模塊機構替代大（dà）直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實（shí）際中具有很強的實用型。
針對（duì）大、中、小型不同尺寸（cùn）的立磨（mó），分別設計了三種立（lì）磨專用永磁（cí）電機，代替傳統（tǒng）的減速機與三相異步（bù）電動機，永（yǒng）磁直驅電機具有雙（shuāng）向載荷機構與（yǔ）不同的放置位置，均（jun1）能達到扶正與承（chéng）壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申（shēn）請（qǐng）專 利（lì）。
永（yǒng）磁直驅礦用球磨機 
