1、技術背景
傳統的球（qiú）磨機、立磨機（jī）大都采用三相異步（bù）電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行（háng）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、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與（yǔ）控製技術研究所與河南（nán）红桃影视機電（diàn）設備有限公司聯合設計研發（fā）的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計（jì），取消動力傳輸的中間環節（jiē），做成直驅（qū）方（fāng）案，能直接滿足荷（hé）載的需求，省去（qù）傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率（lǜ）因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自（zì）動化程度高等優點。
在（zài）控製方麵,本產品電機定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（bǎ）一個大功（gōng）率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓（yā），但是不（bú）增（zēng）加電機的輸入電流（liú），電機不必采用高等級絕緣（yuán）。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電（diàn），這樣設計降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量（liàng），從而降低成本（běn）。每個模塊電機（jī）都具有一套獨立的（de）控製係統，大大提升了電機控（kòng）製（zhì）的自由（yóu）度，球磨機運行在（zài）輕載工況時，完全可以隻（zhī）運（yùn）行部分模塊電機驅動（dòng）球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用（yòng）了一種自主設計研發的（de）隨動式結構，將整圓的定子分成（chéng）若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計（jì），確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定（dìng）子塊始（shǐ）終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒（héng）定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不（bú）會（huì）發生掃膛現（xiàn）象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的（de）小很多，從而大（dà）幅降低電（diàn）機永磁體用量，降低（dī）生（shēng）產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故（gù）障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。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磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構成（chéng）一種（zhǒng）“小（xiǎo）車結構”，滾筒（tǒng）就像公路，定子塊（kuài）就像汽車。滾輪貼合（hé）滾筒旋（xuán）轉（zhuǎn）相當於汽車在公路（lù）行駛，公路的起伏不影響車（chē）輪與地麵貼合，即滾筒偏心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（chéng）電機偏心、氣（qì）隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機（jī）檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不（bú）會發生掃膛（táng）現象。
本產（chǎn）品電機的（de）定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直（zhí）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，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在（zài）球磨機滾筒不偏心時處於（yú）半壓縮（suō）狀態,如果球磨機（jī）滾筒向上波動（dòng），轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動（dòng）定子塊向上（shàng）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，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證（zhèng）下方定（dìng）子塊的滾輪依（yī）然（rán）貼合轉筒外表麵（miàn），使定子塊跟隨轉筒波動而（ér）進行徑向與（yǔ）圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之（zhī）間的間隙不（bú）變。球磨機滾筒向下複位或繼續向（xiàng）下波動（dòng），則上方定子（zǐ）塊在受（shòu）到永磁體對其向下的（de）吸（xī）引（yǐn）力（lì）的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子（zǐ）塊被（bèi）轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,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快。
本產品將永磁電機采（cǎi）用模塊化控製（zhì），根（gēn）據不（bú）同功率的電機設計（jì）采用不同個（gè）數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多（duō）台模塊電機（jī）構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在（zài）球磨機滾筒上。相鄰（lín）隨動式定子塊間設有固定（dìng）在支撐框架上（shàng）的（de）擋板來對定子塊進（jìn）行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接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捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆（chāi）卸密封外殼（ké）、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的（de）連接杆、彈性機構支撐架，即（jí）可將定子塊（kuài）沿徑向拉出，進行檢修或更換（huàn）新的定子塊。
3、采（cǎi）用本產品代替傳統磨機的電（diàn）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（dòng）機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以及齒輪（lún）結構進行驅動。永磁同（tóng）步電機與感應電機相比優勢是它有（yǒu）較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節（jiē）約了能源。永磁（cí）電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感（gǎn）應電機（jī）則（zé）起動相對困難（nán）。這些也是近年來（lái）永磁電機應（yīng）用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了（le）中間的減速機、聯軸器、及（jí）齒輪的傳動環節，縮短係（xì）統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少（shǎo）20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方（fāng）便，還避免了傳統（tǒng）設備因漏（lòu）油造成環境（jìng）汙染。
由於本（běn）產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸（shū）等難（nán）度，還相當於把一（yī）個大功率電機做（zuò）成了多個小功率電機。模塊化電機的（de）控製技術可以實現（xiàn）降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機（jī）的輸入電流，電機不必采（cǎi）用高等級絕緣，模塊化電機（jī）采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電。這樣設（shè）計（jì）降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成（chéng）本。球磨機運行在輕（qīng）載工（gōng）況時,完全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成（chéng）磁動勢發（fā）生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無（wú）法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機（jī）都具有一（yī）套獨立的控製係統，大大提升了電機控（kòng）製的自由度,可（kě）以利用其多電機結構和控製靈活的優（yōu）勢，在發生故障時。可以直接拆卸（xiè）故障（zhàng）電機更換新的模塊電機即可正常運（yùn）行。模塊化（huà）電機具（jù）有冗餘的（de）模塊數，也可切除故（gù）障子模塊（kuài）而控製其餘正常子模塊降額運行（háng）。使用本（běn）產品完全不會因電（diàn）機發生故障而影響到生（shēng）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（shēng）轉子偏心現（xiàn）象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際（jì）生產中（zhōng）常常通過增（zēng）加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（jī）製造成本（běn）。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之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁（cí）體用（yòng）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（cháng）工作，檢修次數更（gèng）少，工（gōng）作時間更長，大體（tǐ）積球磨機（jī）檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動（dòng）式球磨機裝配示意圖
二（èr）、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（yīng）能力差。遇到突發事件，調整磨鞮（dī）高（gāo）度來改變（biàn）係統工作環境，係統反應（yīng）速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況（kuàng）能力強。遇到突（tū）發事件，除調整磨輾高度外，還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（kuài）。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因（yīn）三（sān）相感應電機無法在低速實現大轉（zhuǎn）矩輸出，需（xū）要額外的盤車係統滿足立磨的低速起（qǐ）動。為保證在電機起動過程不對電網造（zào）成過大的衝擊，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轉矩需要，整個係統構成複雜（zá），係統運行的輔助設備很（hěn）多。直驅係統由變頻控製係統（tǒng）控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係（xì）統少，結構簡（jiǎn）單。
(3）變頻器軟起（qǐ）動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車（chē）係（xì）統起動，待三相感應電機（jī）達到起動條件後，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（shí）現過載輸出（chū）。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感（gǎn）應（yīng）電（diàn）機起動（dòng）條件。直驅係統直接（jiē）變（biàn）頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起（qǐ）動過程可根據（jù）實（shí）際（jì）工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無（wú）減速器，維護成本更低,維護次（cì）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。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用（yòng）高。同時係統無法實現在低（dī）速運行的情況下（xià）進（jìn）行係統維護。直驅（qū）係統構成單元簡單，變（biàn）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（xū）額外進行維護，係統維（wéi）護（hù）成本低。同時，係統可（kě）實現在電（diàn）機低速運行情（qíng）況（kuàng）下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節（jiē）能效果明顯
綜上采用（yòng）直驅永磁（cí）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（lì）式鯤磨機直驅係統（tǒng）的優勢與球磨（mó）機直驅係（xì）統相同，這裏不再一—贅述（shù）。
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,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進（jìn）行突破，通過設計一種（zhǒng）雙向載荷扇形模塊機構替代（dài）大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺（chǐ）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）速機與三相異步電動機，永（yǒng）磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同（tóng）的放置位置，均能達到扶正與承壓（yā）的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
