1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機（jī）大都（dōu）采用三相（xiàng）異步電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機（jī）的傳動係（xì）統（tǒng）存在機械傳動（dòng）鏈冗長、效率低、機構（gòu）複雜、運行維（wéi）護工作量（liàng）大等問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南草莓视频ios機電設備有限公（gōng）司聯合設計研（yán）發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動（dòng）機與機（jī）械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成（chéng）直驅方案，能直接滿足荷（hé）載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著（zhe）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、係統免維護（hù）、自動化程（chéng）度高等優點。
在控（kòng）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（dī）大（dà）功（gōng）率（lǜ）電機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等（děng）級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變（biàn）頻器聯合供電（diàn），這樣（yàng）設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器（qì）容量，從而（ér）降低成本。每個模塊電機都具有一（yī）套獨立的（de）控製係（xì）統，大大提升（shēng）了電（diàn）機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定（dìng）子分成若幹個（gè）相互存在間隙的小扇形塊（kuài），通過機械結構設計，確定了一（yī）種（zhǒng）無論球磨機（jī）轉筒是否震動或偏心，定子塊始終（zhōng）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）發生掃膛現象，因此電機的氣隙（xì）可以設計的比普通永（yǒng）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（chǎn）成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機（jī）即可正常運行。使用本產（chǎn）品完全不會因電機（jī）發（fā）生故障而（ér）影響到生產工（gōng）期（qī）。
2、球磨機（jī）專用（yòng）隨（suí）動式永磁直驅電機概述
本產品（pǐn）的（de）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（qì）車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路（lù）行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心（xīn）浮動不影（yǐng）響滾輪貼合滾筒，保證定（dìng）子、轉子間隙恒定，在（zài）球磨機因裝配誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變、重載震動等原因造（zào）成電（diàn）機偏心、氣隙不均（jun1）勻時，仍能正（zhèng）常運轉，保證磨機始終運（yùn）行在性能狀（zhuàng）態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間（jiān）的間隙也（yě）可以做（zuò）的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛（táng）現象。
本（běn）產品電機的定（dìng）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（hé）滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側（cè）設有（yǒu）與支撐框架相連的彈性機構。彈性（xìng）機構在球磨機滾筒不偏心時處於半（bàn）壓縮狀態,如果球磨（mó）機滾筒（tǒng）向上波動，轉筒會（huì）向上頂（dǐng）定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性（xìng）機構繼續壓縮（suō）;下方定子塊在受到永磁體（tǐ）對其向上的吸引力的同時（shí），定子塊上的彈（dàn）性機構將其向上頂，保證下（xià）方（fāng）定子塊的滾（gǔn）輪依然（rán）貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之（zhī）間的間隙不變（biàn）。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動（dòng），則上方（fāng）定子塊在受到永磁體對其向（xiàng）下的吸引力的同時（shí），彈性機構將上（shàng）方其向下壓,下方定子塊（kuài）被轉筒向下壓。
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（shè）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（huò）轉筒磨損較（jiào）快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製（zhì），根據不同功率的電機設計采用（yòng）不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電（diàn）機，一台整圓電機由多台模（mó）塊電機構成,多（duō）台模塊（kuài）電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨（mó）機滾（gǔn）筒（tǒng）上。相（xiàng）鄰隨動式定子塊間（jiān）設（shè）有固定在支撐框架（jià）上的擋板來對定（dìng）子（zǐ）塊進行圓周方（fāng）向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接（jiē）T型支撐板,用於支（zhī）撐安裝電機轉子鐵心（xīn）及磁鋼。
本產品的隨（suí）動（dòng）式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的（de）徑（jìng）向（xiàng）依次拆卸密封外殼、彈性（xìng）機構、彈性（xìng）機構與定子（zǐ）塊之間的連（lián）接杆、彈性機構支撐（chēng）架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的（de）定子塊。
3、采用本產（chǎn）品代替傳統磨機的電機驅動（dòng）係統的優點
現階段大多數的球（qiú）磨機仍采用（yòng）三相感應電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構（gòu）進行（háng）驅動。永磁同步電（diàn）機與感應電機相比優勢是它有（yǒu）較高的效率和（hé）功率因數，損耗大大（dà）降（jiàng）低，節約了能（néng）源。永磁電機通過變（biàn）頻器進（jìn）行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應（yīng）電機則起動相對困（kùn）難（nán）。這些（xiē）也是近年來永磁電機應用（yòng）越來越廣泛的原因（yīn）。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機（jī）、聯軸器、及齒（chǐ）輪的傳動環（huán）節（jiē），縮（suō）短係統的傳動鏈，直驅係（xì）統（tǒng）的傳動效率將提升至少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（dī），維（wéi）護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊（kuài）化設計（jì），不僅降低了（le）加工，製造，運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個大功率電機做（zuò）成了多個小功率電機。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，但是不增加電機的輸入電流，電（diàn）機不必采用高等級絕緣（yuán），模（mó）塊化電機（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容量，從而降低成本。球磨機運行（háng）在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。
傳統電機故障時，會（huì）導致電機合成（chéng）磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著（zhe）增加（jiā），無（wú）法繼續正（zhèng）常運行。而本產品（pǐn）進行了模塊化設計，每個（gè）模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大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（líng）活的優勢，在發生（shēng）故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊（kuài）化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控（kòng）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（děng）因（yīn）素會發生轉子偏心現象（xiàng），偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣（qì）隙（xì）增大會導致永（yǒng）磁體用（yòng）量增加，提高電（diàn）機製（zhì）造成本。隨動式（shì）定子結構的模塊（kuài）電機，能在轉筒偏心時保證（zhèng）定子（zǐ）與轉（zhuǎn）子（zǐ）之（zhī）間的間隙恒定，可將氣隙（xì）做的更小，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子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修（xiū）次（cì）數更少（shǎo），工作時間更長，大體積球磨機檢修複（fù）雜，降低（dī）檢修次數就是提高生（shēng）產（chǎn）效率（lǜ）。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術（shù）
1、立磨直驅對比於傳統感（gǎn）應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況（kuàng）多樣性
傳統立磨速度單一，工（gōng）況適應能力差。遇到突發事件，調整（zhěng）磨（mó）鞮高度來改（gǎi）變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強（qiáng）。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速（sù）適應係統工作環境，係統反應（yīng）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（fǎ）在低速實現大轉矩輸出，需（xū）要額外（wài）的盤車係統滿足（zú）立磨的低速起動。為保證在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。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係（xì）統構成複雜，係統運行的輔（fǔ）助（zhù）設備很多。直驅（qū）係統由變頻控製係統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，輔助係統（tǒng）少，結構簡單。
(3）變頻器軟（ruǎn）起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由（yóu）低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行（háng）。係（xì）統控製（zhì）複雜，低（dī）速無（wú）法實現過載輸出。在低速過程需（xū）要盤（pán）車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統（tǒng）直接變頻低（dī）速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可（kě）根據實際工況進（jìn）行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過（guò）載輸出，滿（mǎn）足（zú）起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次（cì）數少
係統各構成單元（yuán）均需要時常（cháng）檢查和定期維護，傳統係統（tǒng）構成單元多。同時立磨減速器（qì）結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速（sù）運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡（jiǎn）單，變頻器控製永磁同步電機（jī）直接驅動，控製方便。係統內無（wú）減速器，無需額外進行維護，係統維（wéi）護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進（jìn）行係統（tǒng）維護。
(5）傳動（dòng）效率高,節能效果（guǒ）明顯
綜上采用直驅永磁電（diàn）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（jī）直驅係統的（de）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（xīn）型立磨結構（gòu）采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨（mó）效率（lǜ）。在立磨扶正軸承與壓力（lì）軸承上進行突破，通過設計一種雙（shuāng）向載荷扇形模塊機構（gòu）替代大（dà）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（yǒu）很強的實用型。
針對大、中、小型不（bú）同尺寸的立（lì）磨（mó），分別設（shè）計了三（sān）種立磨專用永磁電機，代（dài）替傳統的減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的放置位置，均能達到扶正與承壓的（de）作用（yòng），並且方便製造、裝配維護，節省（shěng）成本。均（jun1）已申請專 利。
永磁直驅礦用球（qiú）磨機 
