1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置以（yǐ）及齒輪結構（gòu）進行驅（qū）動，導致球磨機的傳動係統存在機（jī）械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等（děng）問題。
沈陽工業大學電（diàn）機（jī）與控製技術研究所與河南红桃影视機電設備（bèi）有限公司聯合設計研發的球磨機（jī）、立磨機（jī）采用（yòng）永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機（jī）電一體化設計，取（qǔ）消動力傳輸（shū）的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統（tǒng）磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數（shù），具有節能、起動轉矩大、過載能（néng）力強、係（xì）統免維護、自動化程度（dù）高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采（cǎi）用（yòng）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（diàn）機的控製技術可以實（shí）現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的（de）輸入電流，電機不必采用高（gāo）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（diàn）電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大（dà）大提升了電機控（kòng）製的自由度，球磨機運行在（zài）輕載工況時（shí），完全可以隻運（yùn）行部分模塊（kuài）電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采（cǎi）用了一種自主設計研發的隨動（dòng）式結構，將整圓的定子分成若幹個相（xiàng）互存在間（jiān）隙的小扇形塊，通過機（jī）械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心（xīn），定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定（dìng）子與轉子間隙（xì）恒定的結構。本產（chǎn）品通（tōng）過機械結構設計保證定子與轉子間（jiān）的間隙恒定，電機不會發生（shēng）掃膛現（xiàn）象，因此（cǐ）電機（jī）的氣（qì）隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降（jiàng）低生產成本，節約稀土資源，節能用（yòng）電量。當模塊（kuài）發（fā）生故障時，直接拆卸故障（zhàng）電機，更換新的模塊電機（jī）即可正常運行。使用本產品完全不會（huì）因電機發（fā）生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式（shì）定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊（kuài）就像汽車。滾輪貼合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車在公路行（háng）駛（shǐ），公路的起伏不影響車輪（lún）與地麵貼合，即滾筒偏心（xīn）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機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常（cháng）運轉（zhuǎn），保證磨機始（shǐ）終運行（háng）在性（xìng）能狀態，不必停機（jī）檢修。同時電機定子與轉（zhuǎn）子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為（wéi）隨動（dòng）式結構（gòu），電機不會發生掃（sǎo）膛現象。
本（běn）產品電機的定子為隨動（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構，其隨動原理是在定子塊的（de）軸向兩側安裝滾輪（lún）且滾輪貼合（hé）滾（gǔn）筒來確定定子（zǐ）與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈（dàn）性機構。彈性機構（gòu）在（zài）球磨機滾筒不偏心時處（chù）於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒（tǒng）會向（xiàng）上頂定子（zǐ）塊上（shàng）安裝的滾輪，進而帶動定子（zǐ）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的吸引力的同時，定子塊（kuài）上（shàng）的彈性機構將（jiāng）其（qí）向上頂，保證（zhèng）下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外（wài）表麵，使定子塊跟隨轉筒（tǒng）波動而進行徑向與（yǔ）圓周方向（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（zé）上方定子塊在（zài）受到永磁體對其向下的吸引力的（de）同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置（zhì）的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設（shè）置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力（lì）過大造成滾輪或轉筒磨損較（jiào）快。
本（běn）產品將（jiāng）永磁電機采用模（mó）塊化控製，根據不同功率的（de）電機設計采用不同個數的隨動式（shì）定子塊構（gòu）成一台模塊電機，一台（tái）整圓（yuán）電機由多台模塊電機構成,多台（tái）模塊電機共（gòng）用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨（suí）動式（shì）定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板（bǎn）來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機（jī）滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機（jī）轉子鐵心及磁鋼。
本產（chǎn）品的隨動式定子塊安裝（zhuāng）拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸（xiè）密封外殼、彈性機構、彈性機構與（yǔ）定子塊之間的連接杆、彈性機構支（zhī）撐架，即可將（jiāng）定子塊沿徑向（xiàng）拉出，進行檢（jiǎn）修或更換新的（de）定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的（de）電機驅動係統的優點（diǎn）
現階段大多數的球磨機（jī）仍采用三相感應（yīng）電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電（diàn）機與感（gǎn）應電機相比優勢是（shì）它有（yǒu）較高（gāo）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（sù），電機（jī）運行平穩，係統響應速度快，感應電（diàn）機（jī）則起動相對困難。這些也是近年來（lái）永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用（yòng）永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸（zhóu）器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直（zhí）驅（qū）係統的傳動效率將提升至少20%。球磨（mó）機直驅係統的傳動效率不僅得（dé）到大幅提升，而且直驅係（xì）統的故障率（lǜ）低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造（zào）成環境汙染。
由於（yú）本（běn）產（chǎn）品電（diàn）機定子采（cǎi）用了模塊化設計（jì），不僅降低了加工，製造（zào），運輸等難度，還相當於把（bǎ）一個（gè）大功率電機做成了多個小（xiǎo）功率電機（jī）。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（shì）不增加電機的輸入電流，電機（jī）不必采（cǎi）用高等級絕緣，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供電電（diàn）壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運（yùn）行在輕載工況時,完全可（kě）以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
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（zhuǎn）矩下降，轉矩波動顯著增（zēng）加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊（kuài）化設計，每個（gè）模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大（dà）大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活（huó）的優勢，在發生故（gù）障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模（mó）塊電機即可正常運行。模塊化電機具有（yǒu）冗餘的（de）模塊（kuài）數，也可切（qiē）除故障子模塊而控（kòng）製其餘正常子（zǐ）模塊降額運行（háng）。使用本產品完全不會（huì）因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生（shēng）震動（dòng）等因素會發（fā）生（shēng）轉（zhuǎn）子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機（jī）掃膛損壞電機，實際生產中常常通（tōng）過增加氣隙大小來預防掃（sǎo）膛，而氣隙增大會導致永（yǒng）磁（cí）體用量增加，提高電機製造成本（běn）。隨動式定子結構的模塊電機（jī），能（néng）在轉筒偏心時保證定（dìng）子與轉子之間（jiān）的間隙恒定，可將氣隙（xì）做（zuò）的更小，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（dìng）子結構在偏心時能（néng）繼續正常工作（zuò），檢修次數更（gèng）少，工作（zuò）時間更長，大（dà）體積（jī）球磨機檢修複雜，降低檢（jiǎn）修（xiū）次數就是（shì）提高生產效率。
4、隨（suí）動式球磨機裝配（pèi）示意圖（tú）
二（èr）、永磁直驅立磨技術（shù）
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（duō）樣性
傳統立磨速度單一，工況適應（yīng）能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係（xì）統反應速度慢。永（yǒng）磁（cí）同步電機采用（yòng）變頻調速，適應工況能（néng）力強。遇到突發（fā）事件，除調整磨（mó）輾高度外，還（hái）增加了速度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（kào）性高
傳（chuán）統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤（pán）車係統滿足立磨的低速起（qǐ）動。為保證在（zài）電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動（dòng）裝置。三相感應（yīng）電機起動（dòng）後，通過減速器滿足（zú）係統轉矩需要（yào），整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係（xì）統由變頻控製（zhì）係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性（xìng）滿足需（xū）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（qǐ）動，起（qǐ）動過程隨意設定
傳統係（xì）統先（xiān）由低速盤車係（xì）統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起（qǐ）動三相感應電機，係（xì）統運（yùn）行。係統控製複雜（zá），低速無法實現過載輸出。在低速過（guò）程需要盤車係統（tǒng），將轉速提高（gāo）到三相感應電機起動條件。直驅（qū）係（xì）統直接變（biàn）頻低速（sù）起（qǐ）動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起（qǐ）動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需（xū）求。低速可過（guò）載輸出，滿足（zú）起動需要，取代盤車係（xì）統。
(4）無減速器（qì），維（wéi）護成（chéng）本更低,維護次數少
係（xì）統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係（xì）統構成單元多。同時立磨減速器結（jié）構複雜需（xū）要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法（fǎ）實現（xiàn）在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成（chéng）單元簡單（dān），變頻（pín）器控製永磁同步（bù）電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統（tǒng）維護（hù）。
(5）傳動效率高,節（jiē）能效果明顯
綜上采用直驅（qū）永磁電機取（qǔ）代傳統驅動係（xì）統年節電量達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統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構（gòu）示意圖
本新型立磨（mó）結構（gòu）采用永磁直驅電機驅（qū）動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計（jì）一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便（biàn）加（jiā）工、生產、運輸、裝配、維修，並（bìng）降低成本,在工程實際中（zhōng）具有很強的實（shí）用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，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（jī）具有雙（shuāng）向載荷機構與（yǔ）不同的放（fàng）置位置，均能達到扶（fú）正與承壓的作用，並（bìng）且方便製造、裝配維護（hù），節省成本。均（jun1）已申請專 利。
永磁直驅礦（kuàng）用球磨機 
