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（yǐ）及齒輪結構進行驅動，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（tí）。
沈（shěn）陽工業（yè）大學電機與控製技術研究所與河南红桃影视機電設備有限公司聯（lián）合設計研發的球磨機、立磨機采（cǎi）用（yòng）永（yǒng）磁直驅電機,通過將（jiāng）電動機與機械結構進行機電一體化設計，取（qǔ）消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能（néng）直接（jiē）滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機（jī），顯（xiǎn）著提高了電機的效（xiào）率與功率因數，具有節（jiē）能、起動轉矩（jǔ）大、過載能（néng）力強（qiáng）、係統免維護、自動化程（chéng）度高等優（yōu）點。
在（zài）控製（zhì）方麵,本產品電機定（dìng）子采用了（le）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（le）多個小功率電機（jī）。模塊化電機的控製技術可（kě）以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的（de）輸入（rù）電流，電機（jī）不必采用（yòng）高等級絕緣。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（de）供電電壓和（hé）使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊（kuài）電機都具有一套獨立的（de）控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機（jī）運行在輕載工況時，完（wán）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一種自主設計研發的隨動式結（jié）構，將整圓的定子分成若幹個相（xiàng）互（hù）存（cún）在間隙的小扇形塊，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隙恒定的結構（gòu）。本產品通過機械結構設計（jì）保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛（táng）現象，因此電（diàn）機的（de）氣隙（xì）可以設計的比（bǐ）普通永磁直驅電機的小很多（duō），從而大幅降（jiàng）低電機永磁體用量，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）機即可正常運（yùn）行。使用本產品完全不會（huì）因（yīn）電機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。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏（fú）不影響車輪與地麵貼合，即滾筒（tǒng）偏心浮（fú）動不影響滾輪貼合（hé）滾筒，保證定子、轉（zhuǎn）子間隙恒定，在球磨（mó）機因裝配誤（wù）差、軸承磨損、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，保證磨機始終運行在（zài）性能狀態，不必停（tíng）機檢（jiǎn）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（pǐn）電機（jī）的定子為隨動（dòng）式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結（jié）構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合（hé）滾筒來（lái）確定定子與轉子間（jiān）的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性（xìng）機構在球磨（mó）機滾筒不偏心時（shí）處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶（dài）動定子塊向上（shàng）移動，上方彈性機構繼續壓縮（suō）;下方定子塊在受到永磁體對（duì）其向上的吸引力的同時，定子塊上（shàng）的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的（de）滾輪依然貼合（hé）轉筒外（wài）表麵，使定（dìng）子塊跟隨（suí）轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而（ér）保證定（dìng）子、轉（zhuǎn）子之間的間（jiān）隙不變。球磨機（jī）滾筒向（xiàng）下複位或繼（jì）續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體（tǐ）對其向（xiàng）下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向（xiàng）下壓（yā）,下方定子（zǐ）塊（kuài）被轉筒向下（xià）壓。
本產品彈性裝置的壓力（lì）大小可調，對於不同位置（zhì）的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設（shè）置的壓力過大造成滾輪（lún）或（huò）轉筒磨損較快。
本產品（pǐn）將永磁電機采用模塊化控製（zhì），根據不同功率（lǜ）的電（diàn）機設計采用不同個數（shù）的隨動式定子塊構成（chéng）一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊（kuài）電機構成,多台模塊電機共用同一個（gè）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（fāng）向的限位。球磨機滾筒的法蘭（lán）處銜接T型支撐板,用於支撐安裝（zhuāng）電機轉子鐵心（xīn）及磁鋼（gāng）。
本（běn）產品的（de）隨動式定子塊安裝拆卸十分便（biàn）捷，隻（zhī）需要沿球磨（mó）機的徑向依（yī）次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定（dìng）子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進（jìn）行檢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
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進（jìn）行驅動。永磁同步電機與感（gǎn）應電機相比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（yuán）。永磁電機通過變頻器（qì）進行調速，電機運行平穩，係（xì）統響應速度快，感應（yīng）電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電（diàn）機應（yīng）用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間（jiān）的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的（de）傳動鏈，直驅（qū）係統（tǒng）的傳動（dòng）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（fú）提升，而（ér）且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還（hái）避免（miǎn）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功率電機。模塊化電機的（de）控製技術可以實現降低（dī）大（dà）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（yòng）高等（děng）級絕緣，模塊化電（diàn）機采用多台小功率變（biàn）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。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行（háng）部分模塊電機驅動球（qiú）磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢（shì）發（fā）生畸變（biàn），諧波含量增加，平均轉矩下降，轉（zhuǎn）矩波動顯著增加，無（wú）法繼續正常運行（háng）。而本產品進行了模塊化（huà）設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其（qí）多電機結（jié）構和（hé）控製靈活的優勢，在（zài）發生故障時。可以直接拆卸故障電（diàn）機更換新（xīn）的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊（kuài）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障而影響（xiǎng）到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承（chéng）磨損、滾（gǔn）筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏（piān）心現象，偏（piān）心嚴重時還會造成電機（jī）掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產中常常通過增加（jiā）氣隙大小來預防掃膛，而氣隙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，能在轉筒偏心時保證定（dìng）子與轉子（zǐ）之間的間隙恒定，可將（jiāng）氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不（bú）會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢（jiǎn）修複雜，降（jiàng）低檢修次（cì）數就是提高生產效率。
4、隨（suí）動式球（qiú）磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件（jiàn），調整磨鞮高（gāo）度來改變係（xì）統工作環境，係統反應（yīng）速度慢。永磁同步（bù）電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了（le）速（sù）度調節以快速適應係統工作環境，係統反應（yīng）速（sù）度更快（kuài）。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額（é）外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為（wéi）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（yīng）電（diàn）機起動後，通過減速（sù）器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設（shè）備很多。直驅係統由變頻控製係統（tǒng）控製永磁（cí）同步電機起動，轉矩特性滿（mǎn）足需要，無需盤車係統和減速器，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（tǒng）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（hòu），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。在低速過程（chéng）需要盤車係統，將轉速提高（gāo）到（dào）三相感應（yīng）電機（jī）起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接（jiē）運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況（kuàng）進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿（mǎn）足起動需要，取代盤車係統。
(4）無（wú）減速器，維護成本更低,維護次數少
係統（tǒng）各構成（chéng）單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減（jiǎn）速器結構（gòu）複雜需（xū）要經常維護，維護成（chéng）本費用高。同時係統（tǒng）無法實現在低速（sù）運行的情（qíng）況（kuàng）下進行（háng）係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製（zhì）永磁同步電機直接驅動，控（kòng）製方便。係（xì）統內無減（jiǎn）速器，無需額外進（jìn）行維護，係統維護成本（běn）低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行（háng）係統（tǒng）維護。
(5）傳動效率高,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（liàng）達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立（lì）式鯤磨機直（zhí）驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這（zhè）裏（lǐ）不再（zài）一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用（yòng）永磁直驅電機驅（qū）動,提高了立磨（mó）效率。在立磨扶正軸承與壓力（lì）軸承上進行（háng）突破，通過設計（jì）一種雙向載荷扇形（xíng）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,在工程實際中具有很強的實用（yòng）型。
針對大（dà）、中、小型不同尺寸的立磨，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（sān）相異步電動機，永磁（cí）直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正（zhèng）與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成（chéng）本（běn）。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球（qiú）磨機 
