1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都（dōu）采（cǎi）用三（sān）相（xiàng）異步電動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以（yǐ）及齒輪結（jié）構進行驅動，導致球磨機的（de）傳動係統存在機械（xiè）傳動鏈冗長、效率低、機（jī）構複（fù）雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大（dà）學電機（jī）與控製技術研（yán）究所與河南红桃影视機電設（shè）備有限（xiàn）公司聯（lián）合設計研發（fā）的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機（jī）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，能直接滿足荷載的（de）需求，省去傳統磨機的減速（sù）機，顯著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、係統（tǒng）免維護（hù）、自動化（huà）程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采（cǎi）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（chéng）了多個小功率電機。模塊化電機的控製（zhì）技（jì）術可以實現降低（dī）大功率電機的輸入電壓，但（dàn）是不增加電（diàn）機的輸入電流，電（diàn）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供電，這樣設計降低了電機的供電電（diàn）壓（yā）和使用的（de）變頻器容量，從而降低（dī）成本。每個模塊電機都具有一（yī）套獨立的控製係（xì）統，大大提升（shēng）了電機控（kòng）製的自（zì）由度，球磨機運（yùn）行在輕載工（gōng）況時，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（jī）的定子采用（yòng）了一種自主設計研發的隨動（dòng）式結構，將整（zhěng）圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小（xiǎo）扇形塊（kuài），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（piān）心，定子塊始終跟（gēn）隨（suí）轉筒運動從而保持定子與轉子（zǐ）間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定（dìng）子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電（diàn）機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多（duō），從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節（jiē）能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊（kuài）電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機（jī）發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永（yǒng）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（gǔn）輪（lún）貼合滾筒旋轉相當於汽車在公（gōng）路行駛（shǐ），公路的起伏不（bú）影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮（fú）動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉（zhuǎn）子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運（yùn）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）子為隨動式結構,基於模塊化永（yǒng）磁直（zhí）驅電機，采用獨立的扇形定子塊結（jié）構（gòu），其隨動原理是在定子（zǐ）塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確（què）定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支（zhī）撐框架相連的彈性（xìng）機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏（piān）心時處（chù）於半壓縮（suō）狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂定子塊上安裝的滾（gǔn）輪，進而帶（dài）動定子塊向上移動，上方彈性機構（gòu）繼續壓縮（suō）;下方定子（zǐ）塊在受到永磁（cí）體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下（xià）方定（dìng）子（zǐ）塊的滾輪依然貼合轉筒（tǒng）外（wài）表麵，使定子塊跟（gēn）隨轉筒波動而進行徑（jìng）向與圓周方向的移動，從而保證定子（zǐ）、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續（xù）向下波動，則（zé）上方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向下的吸引力的同時（shí），彈性機構將上方其向下壓,下方定子（zǐ）塊被轉筒向下（xià）壓。
本產品彈性裝置的壓（yā）力（lì）大小可調，對於不（bú）同位（wèi）置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性（xìng）裝（zhuāng）置設置（zhì）的壓力過大造（zào）成（chéng）滾輪或轉筒（tǒng）磨損（sǔn）較快。
本產品將永磁電（diàn）機采用模（mó）塊（kuài）化（huà）控製，根據不同功率的電機設計采（cǎi）用不同個數（shù）的隨（suí）動式定子塊構成一台模塊電機，一台整（zhěng）圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機（jī）共用同一（yī）個（gè）轉（zhuǎn）子，模塊電（diàn）機（jī）包繞式安裝在球磨機滾筒上（shàng）。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋（dǎng）板來對定子（zǐ）塊進行圓周（zhōu）方向的限位。球磨機滾筒的（de）法蘭處銜（xián）接T型支撐（chēng）板,用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（jié），隻需要（yào）沿球磨機的（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（dàn）性機構支撐架，即可將定（dìng）子塊沿徑向拉出，進行檢（jiǎn）修或更換新的定子塊。
3、采（cǎi）用本產品代替傳統磨機（jī）的電機驅動係統的優點（diǎn）
現階（jiē）段大多數的球磨機仍（réng）采用三（sān）相感（gǎn）應電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪（lún）結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是（shì）它有較高的效率和功率（lǜ）因數，損耗大大降低（dī），節約了能源（yuán）。永磁電（diàn）機（jī）通過變頻器進（jìn）行調速，電機運行平穩（wěn），係統響應速度快，感應（yīng）電（diàn）機則起動相對困難。這些也（yě）是（shì）近年（nián）來永（yǒng）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（jiǎn）速機、聯軸器（qì）、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直（zhí）驅（qū）係統的（de）傳動效率將提升至少20%。球（qiú）磨（mó）機直驅係統的傳動效率不（bú）僅得到大（dà）幅提（tí）升，而（ér）且直（zhí）驅係統的故障率低，維護檢修方便（biàn），還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由（yóu）於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製（zhì）造，運輸等難度，還（hái）相當於把一（yī）個大功（gōng）率電機做成了（le）多個（gè）小功率電機。模塊（kuài）化電機的控製技術可以實現降低大功率（lǜ）電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣，模塊（kuài）化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這（zhè）樣設計降（jiàng）低了電機的（de）供電電（diàn）壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降（jiàng）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，會導致電機合成磁動勢發生（shēng）畸變，諧波含量（liàng）增加，平均（jun1）轉矩下（xià）降，轉矩波動顯（xiǎn）著增加（jiā），無法繼續正常運行。而本產品進行了模（mó）塊化設計，每個模塊電機都具有一套（tào）獨立的控製（zhì）係統，大（dà）大提升了電機控製的自由度（dù）,可以利（lì）用其多電機結構（gòu）和控製靈（líng）活的優勢，在發生故（gù）障時。可以直接拆卸故障電機（jī）更換新的（de）模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模（mó）塊降額運行。使用（yòng）本產品（pǐn）完全不會因電機發生（shēng）故障而影響到生產工期。
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會發生轉子偏心現象，偏心（xīn）嚴重時還會造成電機（jī）掃膛損壞電機，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（yǒng）磁體用量增加，提高電機製（zhì）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子與轉子（zǐ）之間的間隙恒定，可將氣隙做的更（gèng）小，減少永磁體用量，電機不會發生掃（sǎo）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（shù）更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就（jiù）是提高生產效率。
4、隨動（dòng）式球磨機裝配示（shì）意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立（lì）磨直驅（qū）對比於傳（chuán）統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性（xìng）
傳統立磨速度單一，工況適應能（néng）力差。遇到突發（fā）事（shì）件，調整磨鞮高（gāo）度來改變（biàn）係統（tǒng）工作環境，係統反應速度慢。永磁（cí）同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨（mó）輾高度外（wài），還增（zēng）加了速度調節以快速適應係統工作環境（jìng），係統反應速度更快。
(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（zhuǎn）矩輸出，需要額外（wài）的盤車係（xì）統滿（mǎn）足立（lì）磨的低速起動。為保證在電機起（qǐ）動過程不對電網（wǎng）造成過大（dà）的衝擊，需增（zēng）加軟起動裝置。三相感應電機起（qǐ）動後，通過減速器滿足係統轉矩需要（yào），整個係統（tǒng）構成複雜，係統運（yùn）行的輔助設備很多。直驅係統由變（biàn）頻控製係統控製永（yǒng）磁同步電（diàn）機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻（pín）器軟起動，起動（dòng）過程隨意設定（dìng）
傳統係統先由低速（sù）盤車係統起動，待三相感應電機達到起（qǐ）動（dòng）條件後，軟起動裝置起動三相（xiàng）感（gǎn）應電機（jī），係統運行（háng）。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出（chū）。在低速過程需要（yào）盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條（tiáo）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（shí）際工況（kuàng）進行調整，以滿（mǎn）足各（gè）種工況的（de）需求。低速可過載（zǎi）輸出，滿足起動需要，取（qǔ）代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成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（shí）立磨減速器結構複（fù）雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單（dān）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，無需額外進行維（wéi）護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情（qíng）況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效（xiào）果明顯
綜上（shàng）采（cǎi）用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節（jiē）電量達181萬元。（按（àn）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—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驅電機驅（qū）動,提（tí）高了立（lì）磨效率。在（zài）立磨扶正（zhèng）軸承與（yǔ）壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇（shàn）形模塊機構替代大直徑軸（zhóu）承，方（fāng）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（yǒu）很強的實用型。
針對大、中、小型不（bú）同尺寸的立磨，分別設計（jì）了三種立（lì）磨專用永磁（cí）電機，代替傳統的減（jiǎn）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（zuò）用，並且（qiě）方便製造、裝配維護，節（jiē）省成（chéng）本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用（yòng）球磨機 
