1、技術背景
傳統的球磨機（jī）、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結構進行驅（qū）動，導致球（qiú）磨機的（de）傳動係統存在機械傳（chuán）動鏈冗長、效率低、機（jī）構複雜（zá）、運行（háng）維護工作量大等問題。
沈陽工業大學（xué）電機（jī）與控製技術研究所與河南红桃影视（xīn）機電設備有限公司（sī）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（yǔ）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，能直接滿足荷載的（de）需求（qiú），省去傳統磨機的減速機（jī），顯著提高了電（diàn）機的（de）效率與（yǔ）功率因數，具有節（jiē）能、起動轉矩大（dà）、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運（yùn）輸等難度，還相當（dāng）於把一個（gè）大功率電機（jī）做成了多個小功率電機。模（mó）塊化電機（jī）的控製技術可以實現降低（dī）大功率電機的輸入電（diàn）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（kuài）化電（diàn）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，從而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度（dù），球磨機運行在輕載（zǎi）工況時，完全可以隻運行部分模（mó）塊電機驅動球（qiú）磨機。
在結構（gòu）方麵，本產品電機的定子采用了一種自主（zhǔ）設計研發的（de）隨（suí）動式結構，將整圓的定子分（fèn）成若幹個（gè）相互存在間隙的小扇形（xíng）塊，通過機械結（jié）構設（shè）計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間（jiān）隙恒定的結構。本產品通過機（jī）械結構設計保證定子與轉（zhuǎn）子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此（cǐ）電機的氣隙（xì）可以設計的比普通（tōng）永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量（liàng），降低生（shēng）產成本，節約稀土（tǔ）資源，節能用電量（liàng）。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換（huàn）新（xīn）的模塊電機即可正常運行。使用本產（chǎn）品完（wán）全不會因電（diàn）機（jī）發生故障而影響到生產工（gōng）期。
2、球磨機專用隨動式永磁直（zhí）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，定子塊就像汽車。滾（gǔn）輪貼合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車在（zài）公路行駛，公（gōng）路的起伏不影（yǐng）響（xiǎng）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、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電（diàn）機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉（zhuǎn），保證磨機始終運行在（zài）性能狀態，不必停機檢修。同時（shí）電機定子與轉子間的（de）間隙也可以做的更小（xiǎo），減少永磁體用量（liàng），並且因為隨動式結構，電（diàn）機不會發生（shēng）掃膛現象。
本產品電機的定子（zǐ）為隨動式結構,基於模（mó）塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇（shàn）形（xíng）定子塊結構，其隨動原（yuán）理是在定子（zǐ）塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確（què）定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架（jià）相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心（xīn）時處於（yú）半（bàn）壓縮（suō）狀態（tài）,如果球磨機（jī）滾筒向上波（bō）動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾（gǔn）輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上（shàng）的吸引力（lì）的同時，定子（zǐ）塊上（shàng）的彈（dàn）性機構將其向上頂，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（tǒng）波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而（ér）保證定子、轉子（zǐ）之間的間隙不變（biàn）。球磨（mó）機滾（gǔn）筒向下複位或繼續向下波（bō）動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力（lì）的同時，彈性機構將上方其向（xiàng）下壓（yā）,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品（pǐn）彈性裝置的壓力大小（xiǎo）可調，對於不（bú）同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝（zhuāng）置設置的壓力過大造成滾輪或（huò）轉筒磨損較快。
本產（chǎn）品將永磁（cí）電機采用模塊化控製，根據不同功率（lǜ）的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台（tái）模塊電機（jī），一台整圓電機由多台模（mó）塊電機構成,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筒（tǒng）上。相鄰隨動式定子塊間（jiān）設有固定在支（zhī）撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向（xiàng）的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜（xián）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（fèn）便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次（cì）拆卸密封外殼、彈性機構、彈（dàn）性機構與（yǔ）定子塊之間的連（lián）接杆、彈性機構支撐（chēng）架，即可將（jiāng）定子塊沿徑（jìng）向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本（běn）產品代替傳（chuán）統磨機的電機驅動（dòng）係（xì）統的優點
現階（jiē）段大多（duō）數的球磨機仍采用三相感應電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置以及（jí）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高（gāo）的效率和（hé）功率因數，損耗（hào）大大降低，節約了（le）能源。永磁電機通過變頻器進行調速（sù），電機運行平穩，係統響（xiǎng）應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是（shì）近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用（yòng）永（yǒng）磁直驅，取消了中間的減速（sù）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提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到（dào）大幅提（tí）升，而且直驅係統的故（gù）障（zhàng）率（lǜ）低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定（dìng）子采用了模塊化（huà）設計，不（bú）僅降低了（le）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功率電（diàn）機。模塊化（huà）電機的控製技術可以（yǐ）實（shí）現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高（gāo）等（děng）級絕（jué）緣，模塊化電機采用多台小功（gōng）率（lǜ）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（biàn）頻器容量，從而降低成本（běn）。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部（bù）分（fèn）模塊電機驅動球磨機（jī）。
傳統（tǒng）電（diàn）機故障時，會導致電機合成磁動勢發生（shēng）畸變，諧波（bō）含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著（zhe）增加，無（wú）法繼續正常運行。而本產品進行了模（mó）塊化設計，每（měi）個模（mó）塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統，大大提（tí）升了（le）電機控製的自由（yóu）度,可（kě）以利用其多電機結構和控製靈（líng）活的（de）優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障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模塊數，也可切除故障（zhàng）子（zǐ）模（mó）塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完（wán）全不會因電機發生故障而影響到（dào）生產工期。
球磨機因加（jiā）工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重（chóng）載產生震動等因素會發生轉（zhuǎn）子偏心現象，偏心（xīn）嚴重時還會造（zào）成（chéng）電機掃膛損壞電機，實際生產（chǎn）中常常通過增加氣隙大小來（lái）預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電（diàn）機製造成本。隨動式定子結構的模（mó）塊電機，能在轉筒偏心時保（bǎo）證定（dìng）子與轉子之間的間隙（xì）恒定，可將氣隙（xì）做的更小，減少永磁（cí）體用量，電機不會（huì）發生掃（sǎo）膛現象，同（tóng）時因為該隨動式定子（zǐ）結構在偏心時能繼續正常工作，檢修（xiū）次數（shù）更少，工作時（shí）間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低（dī）檢修次數就（jiù）是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直（zhí）驅立磨技術
1、立（lì）磨直（zhí）驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻（pín）調速（sù）控製（zhì），實現負載（zǎi）工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力（lì）差。遇到突發事件，調整磨鞮高度（dù）來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永（yǒng）磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力（lì）強。遇到突發事件，除調整磨輾高（gāo）度（dù）外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環（huán）境，係統反應速（sù）度更快（kuài）。
(2）係統簡單,可（kě）靠性高
傳統係統因三相（xiàng）感應電機（jī）無法在低速實現（xiàn）大轉矩輸出（chū），需要額外的盤車係統滿（mǎn）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，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複（fù）雜，係統（tǒng）運行的輔助設備很多。直（zhí）驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉（zhuǎn）矩特性滿足需要，無需盤車係（xì）統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速（sù）盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動（dòng）裝置起動三相感應電機，係（xì）統運行。係統控製複雜，低速無法實現過（guò）載輸出。在（zài）低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動（dòng），係統直接運行，係統（tǒng）控製簡單。變頻控製（zhì）起動過程可根據實（shí）際工（gōng）況進行調整，以滿（mǎn）足各種工況的需求。低速（sù）可過（guò）載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速（sù）器，維護成本更低,維護次（cì）數少
係（xì）統各（gè）構成單（dān）元（yuán）均需要時常檢查和定期維（wéi）護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜（zá）需（xū）要經常（cháng）維護，維護成本費用高。同時係統無法實現（xiàn）在低速運行（háng）的情（qíng）況下（xià）進行係統維護。直驅係統構（gòu）成單元簡單，變（biàn）頻器控製（zhì）永磁同步電（diàn）機直（zhí）接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需（xū）額（é）外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采（cǎi）用直驅永磁電機取代傳統驅動係（xì）統年節電量（liàng）達（dá）181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅（qū）係（xì）統的優勢（shì）與球磨（mó）機直驅係統相（xiàng）同，這裏不（bú）再一—贅述。
2、永磁直驅立（lì）磨結構示意圖（tú）
本新型立磨結構采（cǎi）用永（yǒng）磁直驅電機驅動（dòng）,提高了（le）立磨效（xiào）率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突（tū）破，通過設計一（yī）種雙向（xiàng）載荷（hé）扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運（yùn）輸、裝配、維修，並降低成本（běn）,在工程實際中具有很強（qiáng）的實用型（xíng）。
針對大、中、小型不同尺（chǐ）寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速（sù）機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向（xiàng）載荷機構與不同的（de）放置位置，均（jun1）能達（dá）到扶正與承（chéng）壓的作用，並且方便製造、裝配維（wéi）護，節（jiē）省成本。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
