1、技術背景
傳統的球（qiú）磨機、立磨機（jī）大都采用三相異步電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝（zhuāng）置以及（jí）齒（chǐ）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（rǒng）長、效率低、機構複雜、運行維（wéi）護工（gōng）作量大等問題。
沈陽工業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（xiàn）公司聯合設（shè）計研發的球磨機、立磨（mó）機采用永（yǒng）磁直驅電機,通過將電（diàn）動機與機械結構進行機電一體（tǐ）化設計，取消動力傳輸的（de）中間環節，做成直（zhí）驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨（mó）機（jī）的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因（yīn）數，具有（yǒu）節能、起動轉矩大、過載能力強、係（xì）統免維護（hù）、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（bú）僅降低了加工、製造（zào）、運輸等難度，還（hái）相當於把一個（gè）大功率電機做成了多個（gè）小功率電機。模塊化電機的（de）控製技術可以實現（xiàn）降低大功（gōng）率電（diàn）機的輸入電壓，但是不增加電機（jī）的（de）輸入電流，電機不必采用高等級絕緣（yuán）。模塊化（huà）電機（jī）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（qì）容量，從而降低成（chéng）本。每個模塊電機都具有一（yī）套（tào）獨立的控製係統，大大提升了電機（jī）控製的自由度，球（qiú）磨機運（yùn）行在輕載工況時，完全可（kě）以隻運行（háng）部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產（chǎn）品電機（jī）的定子采用了一種（zhǒng）自（zì）主設計研發的隨動式結（jié）構，將整圓的（de）定子分成（chéng）若幹個（gè）相（xiàng）互存在間隙（xì）的（de）小扇（shàn）形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球（qiú）磨（mó）機轉筒是否震動或偏心（xīn），定子塊始終跟隨轉筒運動（dòng）從（cóng）而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本（běn）產品（pǐn）通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙（xì）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）比普通永磁直驅電機的小（xiǎo）很多，從（cóng）而大幅降低（dī）電機永磁體（tǐ）用量，降低生產成本，節約稀土資源，節（jiē）能用電量。當模塊（kuài）發生故障（zhàng）時，直接拆卸故障電機，更（gèng）換新的模塊電機即（jí）可正常運行。使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（zhuān）用隨動式永磁直驅（qū）電機概述
本（běn）產品的隨動式定子結構（gòu）構成一種（zhǒng）“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊（kuài）就像汽車。滾輪貼合滾筒旋（xuán）轉相當於汽車在公路行駛，公路的起（qǐ）伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合（hé）滾筒，保證定子（zǐ）、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨（mó）損（sǔn）、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏（piān）心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨（mó）機始終運行在（zài）性（xìng）能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與（yǔ）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（shēng）掃膛現（xiàn）象。
本產（chǎn）品電機的定子（zǐ）為隨動式結構（gòu）,基於模塊化永（yǒng）磁直驅電機（jī），采用（yòng）獨立的扇形定子塊結構（gòu），其隨動原理是在定（dìng）子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子（zǐ）與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與（yǔ）支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓（yā）縮狀態,如果球磨機滾筒向（xiàng）上波動，轉（zhuǎn）筒會向（xiàng）上頂定子塊上（shàng）安裝的滾輪（lún），進而帶（dài）動定子塊向上移（yí）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的吸引力的同（tóng）時（shí），定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼（tiē）合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進（jìn）行徑向與圓周（zhōu）方向（xiàng）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，則上方定子塊在（zài）受（shòu）到（dào）永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性（xìng）裝置（zhì）的壓力大小可調（diào），對於不同位置（zhì）的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損（sǔn）較快。
本產品將永磁電機采用（yòng）模塊（kuài）化控製，根據不同功率的電機（jī）設計采用不同個數（shù）的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一（yī）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，模塊電機包繞式安（ān）裝在球磨機滾筒上。相（xiàng）鄰隨動式定子塊（kuài）間設有固定（dìng）在支撐框架上（shàng）的擋板來對定子塊進行圓周方向的限（xiàn）位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用（yòng）於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本（běn）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次拆卸密（mì）封外殼、彈性機構、彈（dàn）性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑（jìng）向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本（běn）產品（pǐn）代替傳統磨機的電機（jī）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（zhóu）器、減（jiǎn）速裝置以及齒（chǐ）輪結構進（jìn）行驅動。永（yǒng）磁同步電機與感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。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運（yùn）行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越（yuè）廣泛的原因（yīn）。
采用永磁直驅，取（qǔ）消（xiāo）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，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效（xiào）率不僅得到大幅提（tí）升（shēng），而且直驅（qū）係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳（chuán）統設備（bèi）因漏油造成環境汙（wū）染（rǎn）。
由於（yú）本產品電機定子采用了模塊化（huà）設計（jì），不僅降低了加（jiā）工，製造，運輸等（děng）難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製（zhì）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，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多台（tái）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（de）變頻器容量，從而降（jiàng）低成本。球磨（mó）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（jī）。
傳（chuán）統電機故障時，會導致電機合成（chéng）磁動勢發生畸變，諧波含量增（zēng）加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續（xù）正常運行。而本（běn）產品進行了模塊化設（shè）計，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（zì）由度（dù）,可以利用其多電（diàn）機（jī）結構和控製靈活的優勢（shì），在發生故障時（shí）。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（mó）塊化電機具有冗餘（yú）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、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素（sù）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（jī），實（shí）際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣（qì）隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造（zào）成本。隨動式定子結構的模塊電（diàn）機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子（zǐ）之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小（xiǎo），減少永磁體（tǐ）用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢（jiǎn）修次數（shù）更少（shǎo），工作時間更長，大體積（jī）球（qiú）磨機檢修複雜，降低檢修（xiū）次數就是（shì）提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立（lì）磨技術
1、立磨直驅對（duì）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（dān）一，工（gōng）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（zuò）環境，係統反應速度慢。永（yǒng）磁同步電機采用變頻調速，適（shì）應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾（niǎn）高度外，還增加了速度（dù）調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高（gāo）
傳統係統因三相感應電機無法在低（dī）速實現大轉矩輸出，需要額外（wài）的盤車係統滿足（zú）立磨（mó）的（de）低速起動。為保證在（zài）電機（jī）起動過程不對電網造成（chéng）過（guò）大的衝擊（jī），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（gè）係統構成（chéng）複雜（zá），係統運（yùn）行的輔助設備很多。直驅係統（tǒng）由變頻控（kòng）製係統控（kòng）製（zhì）永（yǒng）磁同步（bù）電機（jī）起動，轉矩特（tè）性滿（mǎn）足需要，無需盤車係（xì）統和減（jiǎn）速器，輔助係統（tǒng）少，結構簡單。
(3）變頻器軟（ruǎn）起（qǐ）動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待（dài）三相感應電機達到（dào）起動條（tiáo）件後，軟起動裝置起動三相感應電機（jī），係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過（guò）程需要盤車係統，將轉速提高（gāo）到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起（qǐ）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進行調整，以滿足各種（zhǒng）工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少（shǎo）
係統各構成單元均需（xū）要時常檢查和（hé）定期維護，傳統係統（tǒng）構成單元多。同時立磨減速器結構複（fù）雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法（fǎ）實現在（zài）低速運行的情況（kuàng）下進行係統維護。直（zhí）驅係統構成單元簡單，變頻器控製（zhì）永（yǒng）磁同步電機直（zhí）接驅動，控製方便。係統（tǒng）內無減速器，無需額外進行維護（hù），係統（tǒng）維護成本低。同時，係統可實現在電機低速（sù）運（yùn）行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效（xiào）果明顯
綜（zōng）上采（cǎi）用直驅永磁電機取（qǔ）代傳統驅動係統年（nián）節電量達181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨（mó）機直驅係統的優勢與球磨機直（zhí）驅係統相同，這裏不（bú）再一—贅述。
2、永磁（cí）直驅立磨結構示意圖
本新（xīn）型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提（tí）高了立磨（mó）效率。在立磨扶正軸承與壓力軸（zhóu）承上進行突破，通（tōng）過設計一種雙向（xiàng）載荷（hé）扇（shàn）形模塊機構替（tì）代大直徑軸（zhóu）承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具（jù）有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺（chǐ）寸的立（lì）磨，分別（bié）設計了三種立磨專用永磁電機，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置，均能達到扶正與承壓的作用（yòng），並（bìng）且方便（biàn）製造、裝配維護，節省成本。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
