1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝置以及齒（chǐ）輪結構進（jìn）行驅動，導致球磨（mó）機（jī）的（de）傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈（shěn）陽工業大學電機與控製技術研究所與河南草莓视频ios機電設備有限公司聯合（hé）設計研發的（de）球磨機、立（lì）磨機采用永磁直驅電（diàn）機,通過將電動機與機械（xiè）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，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，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、係統免維護、自動化（huà）程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了（le）模塊化（huà）設計，不僅降（jiàng）低了加工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）當於把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（jiàng）低（dī）大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功（gōng）率變頻器聯（lián）合供電，這樣設計降（jiàng）低了（le）電機的（de）供電（diàn）電（diàn）壓和使（shǐ）用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。每個模塊（kuài）電（diàn）機（jī）都具有一套獨立（lì）的控製（zhì）係統，大大提升了電機控製的自由（yóu）度，球磨機運（yùn）行在輕載工況時，完全（quán）可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了（le）一種自主設計研發的（de）隨動式結構，將整圓（yuán）的定子分成若（ruò）幹個相互存在間隙的小扇形塊，通（tōng）過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震（zhèn）動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過（guò）機械結構設計（jì）保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發（fā）生掃膛現象，因此（cǐ）電機的氣隙可以設計的（de）比（bǐ）普通永磁直（zhí）驅（qū）電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體（tǐ）用量，降低生產成本，節約（yuē）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，更換新的模塊電機即可（kě）正常運行。使用（yòng）本產品完全不會因電機發生故障而影響（xiǎng）到（dào）生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直（zhí）驅電機概述
本產品的（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（xiàng）汽車。滾輪貼（tiē）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（zhóu）承磨損、滾筒形變（biàn）、重載震動等（děng）原因造成電機偏心、氣（qì）隙不均（jun1）勻時，仍能正（zhèng）常運轉，保（bǎo）證磨機始終（zhōng）運（yùn）行在性（xìng）能狀態，不必停機檢修。同（tóng）時電機定子與轉子間的間隙（xì）也可以（yǐ）做的更小，減少（shǎo）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（diàn）機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的（de）扇形定子塊結構，其隨（suí）動原理是（shì）在定子塊的軸向兩（liǎng）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（chēng）框（kuàng）架相連的彈性機構。彈性機構（gòu）在球磨機滾筒不偏心時處（chù）於半壓縮狀態,如果（guǒ）球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的（de）滾輪（lún），進而帶動定子塊（kuài）向上移動（dòng），上（shàng）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（shàng）的彈性機構將（jiāng）其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，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、轉子之間的間隙不（bú）變。球磨機滾筒向下複位或繼（jì）續（xù）向下波（bō）動，則上（shàng）方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其（qí）向下的吸引力的同時，彈性機構將上（shàng）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大小可調，對於不同位置的定子塊設置（zhì）不同的壓力,避免因彈性裝置設（shè）置的壓力（lì）過大造（zào）成（chéng）滾輪或轉筒磨損較（jiào）快。
本產品將永磁電（diàn）機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數（shù）的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機（jī）構成,多台模塊（kuài）電機共用同一個轉（zhuǎn）子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒（tǒng）上。相鄰隨動式定子（zǐ）塊（kuài）間設有固定在支撐（chēng）框架上（shàng）的擋板來對定子（zǐ）塊進行圓周方向（xiàng）的限位。球磨機滾筒的法（fǎ）蘭（lán）處銜接T型支撐板,用於支撐（chēng）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、彈性機構、彈性機（jī）構與定子塊之間的連接杆（gǎn）、彈性（xìng）機構支撐架，即可將定（dìng）子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本（běn）產品代替傳統磨機（jī）的電機驅動（dòng）係統的優點
現（xiàn）階段大（dà）多數（shù）的球磨機仍采用三（sān）相（xiàng）感應（yīng）電動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效（xiào）率和功率因數，損耗大（dà）大（dà）降低，節約了能源。永磁電機通過變（biàn）頻器進行調速，電機運（yùn）行平穩，係統響應速度（dù）快，感應電機則起動（dòng）相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越（yuè）來越廣泛的原因。
采用（yòng）永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環（huán）節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳（chuán）動（dòng）效率將提升至少20%。球磨機直驅（qū）係（xì）統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統（tǒng）的故障（zhàng）率低，維護檢修方（fāng）便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於（yú）本產品電機（jī）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（dāng）於（yú）把（bǎ）一個大功率電機做成了（le）多個小功（gōng）率電機。模塊化電機的控製技術可（kě）以實現降低大功（gōng）率電（diàn）機的輸入電壓，但是不（bú）增加電機的輸入電流，電（diàn）機不必采用高等級絕緣，模塊化電（diàn）機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯（lián）合供電。這樣設計降低了電機（jī）的供電電（diàn）壓和（hé）使用的變頻器容量，從而降低成本（běn）。球磨（mó）機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模（mó）塊電機驅動球磨機。
傳統（tǒng）電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生（shēng）畸（jī）變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進（jìn）行了模塊化設計，每個模塊電機都具（jù）有一套獨立的控製係統（tǒng），大大提升了電機控製的自由度,可以利用（yòng）其多電機（jī）結構和控製靈活的優勢，在發生故（gù）障（zhàng）時。可以直接拆卸故（gù）障電機更換新的模（mó）塊（kuài）電（diàn）機即（jí）可正常運行。模塊化電機具（jù）有冗餘的模（mó）塊數，也可切（qiē）除故障子模塊而（ér）控（kòng）製其餘（yú）正（zhèng）常子模塊降額（é）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（yīn）加（jiā）工誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發（fā）生轉子（zǐ）偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞（huài）電機（jī），實際生產中常常通過增加氣隙（xì）大小來預防掃膛，而氣隙增大（dà）會導致永磁體用（yòng）量增加（jiā），提高電機製造成（chéng）本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒（tǒng）偏心時保證定子與（yǔ）轉（zhuǎn）子之間的間隙恒定，可將氣（qì）隙做（zuò）的更小，減少永磁體用量，電機（jī）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，檢修次數更少，工作時間更長，大體（tǐ）積球磨機檢修複雜，降低檢修次數（shù）就是提高生產效（xiào）率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖（tú）
二、永（yǒng）磁直驅立磨技術
1、立（lì）磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製（zhì），實現負載工況多樣性（xìng）
傳統立（lì）磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整（zhěng）磨鞮高度來改變係統工作環（huán）境，係統反應速度慢（màn）。永磁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（zhěng）磨輾高度（dù）外（wài），還增加（jiā）了速度調節以快速適應係統工作環境，係統反（fǎn）應（yīng）速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統（tǒng）係統因（yīn）三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需（xū）要額外的盤車係統滿足立（lì）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，需增加軟起動裝置（zhì）。三（sān）相感應電機起動後，通過減速器滿足係（xì）統（tǒng）轉（zhuǎn）矩需要，整個係統構成（chéng）複雜，係統運行（háng）的（de）輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁（cí）同步電機起動，轉矩特性（xìng）滿足需要（yào），無（wú）需盤車（chē）係（xì）統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起（qǐ）動過程隨意（yì）設定
傳統係統先由低速盤車（chē）係統起動，待三（sān）相感應電機達到起（qǐ）動條件後，軟起動裝置起動三相感（gǎn）應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出（chū）。在低速過（guò）程（chéng）需要盤車係（xì）統，將轉速提高到三相感（gǎn）應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起（qǐ）動，係統直接運行，係（xì）統控製簡（jiǎn）單。變頻控製起（qǐ）動過程可根據實際工況進行（háng）調整，以滿足各種工況的（de）需求。低速可過載輸（shū）出，滿足起動（dòng）需要，取代盤車係統。
(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。同時立磨減速器結構複（fù）雜需要經常維（wéi）護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運（yùn）行的情況下進行係統（tǒng）維護。直驅係統構成單元簡單，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維護。
(5）傳（chuán）動效率高,節能效（xiào）果明顯
綜上采用直驅（qū）永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達（dá）181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式（shì）鯤磨機直（zhí）驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同（tóng），這裏不再一—贅（zhuì）述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨（mó）結（jié）構采用永磁直驅（qū）電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與（yǔ）壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產（chǎn）、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具（jù）有很強的（de）實用型。
針對大、中、小型不同尺寸（cùn）的立磨，分別（bié）設計了三種立磨專（zhuān）用永磁電機，代替傳統的減速機與（yǔ）三相異步電動機（jī），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（de）作（zuò）用，並且（qiě）方便製造、裝配維護，節省成（chéng）本。均已申請專 利（lì）。
永磁直驅礦用球磨機 
