1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機（jī）大都采用三相（xiàng）異步電動機、聯（lián）軸器、減（jiǎn）速裝置以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（gòu）複雜（zá）、運行維護工（gōng）作量大等問題。
沈陽工業大學電（diàn）機與（yǔ）控製技術（shù）研（yán）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（jī）、立磨機采用永磁直驅電機,通過將（jiāng）電動機與機械結構進行機電一（yī）體化設（shè）計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案（àn），能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨（mó）機的減速機，顯著提高了電（diàn）機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大（dà）、過載能力強、係（xì）統免維護、自動化程（chéng）度高等優點。
在控製（zhì）方麵,本產品電機定子（zǐ）采用（yòng）了模（mó）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（zuò）成了多個小功（gōng）率電機。模塊化電（diàn）機（jī）的控製技（jì）術可以實現降低大功率電（diàn）機的輸入電壓，但是不增加電機的（de）輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化（huà）電機采用多台小功率變頻（pín）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。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係（xì）統，大大（dà）提升了電機控製的自由度，球（qiú）磨機（jī）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。
在結構方麵，本產品（pǐn）電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的（de）定子分成（chéng）若幹個相互存在間隙的（de）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（zhèn）動（dòng）或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動（dòng）從而保持定子（zǐ）與轉子間隙（xì）恒定（dìng）的（de）結構（gòu）。本產品通過機（jī）械結構設計保證（zhèng）定子與轉子間的間隙恒定，電機不（bú）會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以（yǐ）設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大（dà）幅降低電機永（yǒng）磁體用量，降低生（shēng）產成本，節約（yuē）稀土資源，節（jiē）能用電量。當（dāng）模塊發生故障時（shí），直接拆卸故（gù）障電機，更換新（xīn）的模塊電（diàn）機即可正常運行（háng）。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、球磨機專用（yòng）隨動式（shì）永（yǒng）磁直驅電機概述
本產品的隨動式（shì）定（dìng）子結構構成（chéng）一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊（kuài）就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響（xiǎng）車輪與地麵貼合，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（zhuāng）配誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變、重載震動（dòng）等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉（zhuǎn），保證（zhèng）磨機始終運（yùn）行在性（xìng）能狀態，不必停機檢修。同時電機（jī）定子與轉子間的間（jiān）隙也可以做的更小，減少永磁（cí）體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生（shēng）掃膛現象（xiàng）。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁（cí）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軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子（zǐ）塊徑向（xiàng）外側設有與（yǔ）支撐框架相連的彈性機（jī）構。彈性機構在球磨機滾筒不（bú）偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上（shàng）頂定子（zǐ）塊上安裝（zhuāng）的滾輪，進（jìn）而帶動（dòng）定（dìng）子塊向上移（yí）動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子（zǐ）塊在（zài）受（shòu）到永磁體對（duì）其向（xiàng）上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將（jiāng）其向上（shàng）頂，保證下方定子塊（kuài）的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使（shǐ）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（zhèng）定子、轉子之間的間隙不變（biàn）。球磨（mó）機（jī）滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時（shí），彈性機構將（jiāng）上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力（lì）大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免（miǎn）因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉（zhuǎn）筒磨損較快。
本產（chǎn）品（pǐn）將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電（diàn）機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成（chéng）一台（tái）模塊電機，一台整（zhěng）圓電機（jī）由多台模塊電機構成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉子，模塊電機包（bāo）繞式安裝在球磨機滾筒（tǒng）上。相鄰隨動式定子塊間（jiān）設有固定在支撐框架上的擋（dǎng）板來對定子塊進行圓周（zhōu）方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜（xián）接T型支撐板,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便（biàn）捷，隻需要（yào）沿球磨機（jī）的（de）徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的（de）定（dìng）子塊。
3、采用本產品代替傳統磨（mó）機的電機驅動係統的（de）優點
現階段大多數的（de）球磨機仍采用（yòng）三相感應電動機（jī）、聯軸器、減（jiǎn）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（xiàng）比優勢是它有（yǒu）較高的效率和功率因數，損（sǔn）耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變（biàn）頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年（nián）來永磁電（diàn）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、聯軸器（qì）、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（jiāng）提升至少20%。球磨機（jī）直驅係統的傳動效率不僅得到（dào）大幅提升（shēng），而且直驅係統（tǒng）的故障率低，維護檢修方（fāng）便，還避免了傳統設備（bèi）因漏油造（zào）成環境汙染。
由（yóu）於本（běn）產品電（diàn）機定子采用了模塊化設（shè）計，不（bú）僅降（jiàng）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（kuài）化電機的控製技術可以實（shí）現降低大功率電機的輸（shū）入（rù）電壓，但是（shì）不增加電機的（de）輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化（huà）電機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合（hé）供電（diàn）。這樣設計降低了電機的供電（diàn）電壓和使用的（de）變頻（pín）器（qì）容量，從而降低成（chéng）本。球磨機運行（háng）在輕載工況時（shí）,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機（jī）。
傳統（tǒng）電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸（jī）變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩（jǔ）波動顯著增加，無法繼續正常（cháng）運行。而本（běn）產（chǎn）品進行了模塊化設計，每個模塊電機都（dōu）具有（yǒu）一套獨（dú）立的控製係統，大大（dà）提升了電機控製的（de）自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換（huàn）新的模塊電機即可正常運（yùn）行（háng）。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（qí）餘正（zhèng）常（cháng）子模（mó）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到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承（chéng）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（huì）造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣（qì）隙大小來預防掃（sǎo）膛，而氣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（dìng）子結構的模塊電機，能在轉筒（tǒng）偏心時保證定子（zǐ）與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更（gèng）小，減少永磁體用量，電機不（bú）會發（fā）生掃膛現象，同時因為（wéi）該隨（suí）動式定子結構在偏（piān）心時能繼續正常工作，檢修（xiū）次數更少，工作（zuò）時間（jiān）更（gèng）長（zhǎng），大體積球磨機檢修複雜，降低（dī）檢（jiǎn）修次（cì）數就是提高生產效率。
4、隨動式球（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（shì）件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁（cí）同（tóng）步電機（jī）采用（yòng）變（biàn）頻調速，適應工況能力（lì）強。遇（yù）到突發事（shì）件，除調（diào）整磨輾高（gāo）度外，還增加了速度調節以快速適應係統工（gōng）作環境，係統反應速度更快（kuài）。
(2）係統簡（jiǎn）單,可靠（kào）性（xìng）高
傳統係統因三相感應電機無法在低速（sù）實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨（mó）的低（dī）速起動。為保證在電機起動過（guò）程不對電網造成過大的衝（chōng）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（tǒng）轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多（duō）。直驅係統由變頻（pín）控製係統控製永磁同步電機（jī）起動（dòng），轉矩特（tè）性（xìng）滿足需要（yào），無（wú）需盤車係統和減速器（qì），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（xì）統先由低速盤車係統起動，待（dài）三相（xiàng）感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三（sān）相感應電機，係統運行。係統（tǒng）控（kòng）製複雜，低速無法（fǎ）實現（xiàn）過載輸出。在（zài）低速過程需要（yào）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動，係統直接運行，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，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿（mǎn）足起動需要，取（qǔ）代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更（gèng）低,維護次數少
係統各構成單元均需要（yào）時常檢查（chá）和（hé）定期維護，傳統係（xì）統構成（chéng）單元多。同時立磨減速器（qì）結構複雜需要經常維護，維護成本費（fèi）用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下（xià）進行係統維護。直驅係統構成（chéng）單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器（qì），無需額外進行維護，係（xì）統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況（kuàng）下進行係統維護。
(5）傳動（dòng）效率（lǜ）高,節能效果明顯
綜上采用（yòng）直驅（qū）永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一（yī）—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直（zhí）驅電機驅動,提高（gāo）了立磨效率。在立磨扶正（zhèng）軸承與壓力軸承上進（jìn）行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊（kuài）機（jī）構替代大直徑軸承（chéng），方便加工、生產（chǎn）、運輸、裝配、維修（xiū），並降低成本,在（zài）工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同（tóng）尺寸的立磨，分別設計了三（sān）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（diàn）機具有雙向載荷（hé）機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的（de）作用，並且方便製造（zào）、裝配維護，節省成本。均已申請專（zhuān） 利。
永（yǒng）磁（cí）直驅礦（kuàng）用球磨（mó）機 
