1、技術背景
傳統的球磨機、立（lì）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，導致球磨機的傳動係（xì）統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜（zá）、運（yùn）行維（wéi）護工作量（liàng）大等問題。
沈陽工業大（dà）學（xué）電機與控製技術研（yán）究所與河南红桃影视（xīn）機電（diàn）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（gòu）進行（háng）機電一體化設計，取（qǔ）消動力傳輸的中間環節（jiē），做成（chéng）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（zhe）提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強（qiáng）、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（mó）塊化設計，不（bú）僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當（dāng）於把一個大功率電機做成了（le）多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可（kě）以實現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但（dàn）是不增（zēng）加電機的輸入電流，電機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（hé）供電，這樣設計（jì）降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變（biàn）頻器容（róng）量，從而降低（dī）成本。每個模塊電機都具有一套獨（dú）立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻（zhī）運行部分模塊（kuài）電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子（zǐ）采用了一種（zhǒng）自主設計研發的隨動式結構，將（jiāng）整圓的（de）定子分成若幹個相互存在間（jiān）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（fǒu）震動或偏心，定子塊始終跟（gēn）隨轉筒（tǒng）運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構（gòu）。本產品通過機械結構設計保證定子（zǐ）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的（de）比普通永磁（cí）直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產（chǎn）成（chéng）本，節約稀（xī）土資源（yuán），節能用電（diàn）量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障（zhàng）電機，更換新的（de）模塊電機即可正（zhèng）常運行。使（shǐ）用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁（cí）直驅電機概（gài）述
本產品（pǐn）的隨動式定（dìng）子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在（zài）公路行（háng）駛，公路的起伏不影響車（chē）輪與地麵（miàn）貼合，即滾筒偏心浮動（dòng）不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配誤差（chà）、軸（zhóu）承（chéng）磨損、滾筒形變、重載震（zhèn）動等原因造（zào）成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始（shǐ）終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，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（wéi）隨動式結構（gòu）,基於（yú）模塊化永磁（cí）直驅電機，采用（yòng）獨立（lì）的扇形定子塊（kuài）結構（gòu），其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼（tiē）合滾筒來確（què）定定子與轉子間的（de）間隙，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（jī）滾筒不（bú）偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上（shàng）波動，轉筒會向（xiàng）上頂定子塊上安裝的滾輪，進而（ér）帶動定子（zǐ）塊向上（shàng）移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊（kuài）在受到（dào）永磁體對其向上的吸引力的（de）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（de）滾輪依然（rán）貼合轉筒（tǒng）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、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波（bō）動，則上方（fāng）定子塊在受到永磁體對其向下的吸（xī）引（yǐn）力（lì）的（de）同時，彈性（xìng）機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品（pǐn）彈性（xìng）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（dàn）性裝置設置的（de）壓力過大（dà）造成滾輪或轉筒磨損較快。
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（kuài）構（gòu）成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機（jī）包繞式安裝在球磨機滾筒上（shàng）。相鄰隨動（dòng）式定（dìng）子塊間設有固定在支（zhī）撐框架上的擋板來對定子塊（kuài）進行圓周方向的限位。球（qiú）磨機滾筒的法蘭處銜接T型支（zhī）撐板,用於支撐安（ān）裝電機轉子鐵心（xīn）及磁鋼。
本產品的（de）隨動式（shì）定子塊（kuài）安裝拆卸十分便（biàn）捷（jié），隻需要沿球磨機的徑向（xiàng）依次拆卸密封（fēng）外殼、彈性機（jī）構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈（dàn）性機構支撐架，即可將（jiāng）定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨（mó）機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、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（bǐ）優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平（píng）穩，係統（tǒng）響應速度快，感應電機則起動相對困難。這（zhè）些也是近年（nián）來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機（jī）、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅（qū）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，而且直（zhí）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（rǎn）。
由於（yú）本產品電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低（dī）了加（jiā）工，製造，運輸等難（nán）度（dù），還相當於把一個大功率電機做成了多個（gè）小（xiǎo）功率電機。模塊（kuài）化電機的控製技術可以實現降低大（dà）功率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電機的輸入電流（liú），電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機（jī）采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯（lián）合供電。這樣設計降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻（pín）器容量，從而降低成本。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。
傳統電機（jī）故障時（shí），會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加（jiā），平均轉矩下降，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（měi）個模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製係（xì）統，大大提升了電機控製的自由（yóu）度,可以利用其多電機（jī）結構和控製靈活（huó）的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電（diàn）機更換新的模塊電機即可正常（cháng）運行（háng）。模塊化（huà）電機具有冗餘的模塊數（shù），也可切（qiē）除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用（yòng）本產品完全不會因電機發生故障而影響（xiǎng）到（dào）生產（chǎn）工期。
球磨機因加工誤差、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損壞電機，實際生產中常（cháng）常（cháng）通過增加氣隙（xì）大小來預防（fáng）掃（sǎo）膛，而氣隙增（zēng）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（diàn）機，能（néng）在轉筒偏心時保證定子（zǐ）與轉子之間的間（jiān）隙恒定，可（kě）將氣隙做的更小，減（jiǎn）少永（yǒng）磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同（tóng）時因為該隨動式定子結構在偏心時能（néng）繼續（xù）正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積（jī）球磨機檢修複雜，降低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、立磨直驅對（duì）比於傳統感應電機的（de）優點( 1）變頻調速控製，實（shí）現負載工況多樣（yàng）性
傳（chuán）統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整（zhěng）磨鞮高度來改變係統工作環境，係統（tǒng）反應速（sù）度慢。永磁（cí）同步電機采用變頻調速，適應工（gōng）況能（néng）力強。遇到（dào）突（tū）發事件，除調整（zhěng）磨輾高度外，還（hái）增（zēng）加了速度（dù）調節以快速適應係統工（gōng）作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因（yīn）三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸（shū）出（chū），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（chéng）不對電網造成（chéng）過大（dà）的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後（hòu），通過減速（sù）器滿足係統轉矩需要，整個係統（tǒng）構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅（qū）係統由變頻（pín）控製係統控（kòng）製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減（jiǎn）速器（qì），輔助係統少，結構簡（jiǎn）單。
(3）變頻器（qì）軟起動，起（qǐ）動過程隨意設定
傳統係統先（xiān）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（dī）速無法（fǎ）實現過載輸出。在低速（sù）過程需（xū）要盤車係統，將轉速提高到（dào）三相感應電機起動條件。直驅（qū）係統直接變頻（pín）低速（sù）起動，係統直接運行，係統（tǒng）控（kòng）製簡單。變頻控製起動過程（chéng）可根據實際工況進行調整，以滿（mǎn）足各種工況的需求。低速可過載輸出（chū），滿（mǎn）足起動（dòng）需（xū）要，取代盤車係（xì）統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單（dān）元（yuán）均需要時常（cháng）檢查和定期（qī）維護，傳（chuán）統係統構成單元多。同時立磨（mó）減速器結構複雜需要經常（cháng）維（wéi）護，維護成（chéng）本費用高。同時係統無法實現（xiàn）在低速運行的（de）情況下進行係（xì）統維護。直（zhí）驅係統構成單元簡單，變頻（pín）器控製（zhì）永磁同步電機直接（jiē）驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成（chéng）本低。同時，係統可實現在電機低速（sù）運行情況（kuàng）下進行係統維護。
(5）傳動效率高（gāo）,節能效（xiào）果明（míng）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（yuán）。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係（xì）統的優勢（shì）與球磨機直驅係統（tǒng）相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅（qū）立磨（mó）結構示意圖
本新型（xíng）立磨結（jié）構（gòu）采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在（zài）立磨扶正軸承與壓力軸承（chéng）上進行突破（pò），通（tōng）過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸（shū）、裝配、維修，並降低成本,在工（gōng）程實際中具有很強的（de）實用型。
針對大、中、小型不同（tóng）尺寸的立磨（mó），分別設計（jì）了三種立磨專用永磁（cí）電機，代替（tì）傳統（tǒng）的減速機與三相異步電動機，永磁直驅（qū）電（diàn）機（jī）具有雙向載荷機構（gòu）與（yǔ）不同（tóng）的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
