1、技術背景
傳統的（de）球磨機、立磨機大都采用三相異步電動（dòng）機、聯軸器、減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、機構複雜、運（yùn）行維護工作量大等問題。
沈陽工業（yè）大學電機與控製技術研究所與河南春梦直播機電設備有限公司（sī）聯合設計研發的球磨機、立磨（mó）機采用永（yǒng）磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機（jī）電一體化設計，取消動力（lì）傳（chuán）輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷（hé）載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節（jiē）能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自（zì）動化程（chéng）度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加（jiā）工、製造、運輸等難度，還相當於把（bǎ）一個大（dà）功率電機做成（chéng）了多個小功（gōng）率電機。模塊（kuài）化電機的控製技術可以實現降低大功（gōng）率電機的輸入電壓，但是不（bú）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頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的供電電壓和（hé）使（shǐ）用（yòng）的變頻器容量，從而降（jiàng）低成本。每個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（de）自由度，球磨機運行在（zài）輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機驅動球磨機。
在結構（gòu）方麵，本（běn）產品電機的定子采用（yòng）了一（yī）種自主（zhǔ）設計研發的隨（suí）動式結構，將整圓的定子分成若（ruò）幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械（xiè）結構設計，確（què）定了一種無論球磨機轉筒是否震（zhèn）動或偏（piān）心，定子塊始終跟隨轉筒運動從（cóng）而保持定子與（yǔ）轉子間隙恒定的結（jié）構。本（běn）產（chǎn）品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會（huì）發生掃膛現象，因（yīn）此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電（diàn）機的小很（hěn）多，從而（ér）大幅降低電機永（yǒng）磁體（tǐ）用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量（liàng）。當模塊發生故障時，直接（jiē）拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可（kě）正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專（zhuān）用隨動式永磁（cí）直驅電機概述
本產品（pǐn）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。滾輪貼合滾筒旋轉相（xiàng）當（dāng）於汽車（chē）在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒（tǒng）偏心浮（fú）動不影響滾輪（lún）貼（tiē）合滾筒，保（bǎo）證定子、轉子（zǐ）間隙恒定，在（zài）球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造（zào）成電機（jī）偏心、氣隙不均勻（yún）時，仍能正常運轉，保（bǎo）證磨（mó）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（jiān）的間隙也可以做的更小，減少永磁體用（yòng）量，並且因為隨動式結（jié）構，電機（jī）不會發生掃膛現象。
本產（chǎn）品電機的（de）定子（zǐ）為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子（zǐ）塊結（jié）構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪（lún）且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙（xì），定子塊徑向（xiàng）外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機（jī）滾筒向上波動，轉筒（tǒng）會向上頂定子塊（kuài）上安（ān）裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移（yí）動，上（shàng）方彈性（xìng）機構（gòu）繼續壓縮;下方定子（zǐ）塊在（zài）受到永磁體對其向上（shàng）的吸引力的同時，定子塊（kuài）上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒（tǒng）外表麵，使定子塊跟隨（suí）轉筒波動而進行徑向與圓周方向（xiàng）的移動，從而保證定子、轉子之間的（de）間（jiān）隙不變。球磨機滾（gǔn）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，彈性機構將上方其向下（xià）壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大（dà）小可調，對於不同位置（zhì）的定子塊設置不（bú）同（tóng）的壓力,避（bì）免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉（zhuǎn）筒磨損較（jiào）快。
本產（chǎn）品將永磁電機采（cǎi）用模塊化控（kòng）製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定（dìng）子塊（kuài）構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊（kuài）電機構成,多台模塊電機共用（yòng）同一個轉子，模塊電機包繞（rào）式安裝在球磨機滾筒上（shàng）。相鄰隨動式定子塊（kuài）間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進（jìn）行圓周方（fāng）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（pǐn）的隨動式定（dìng）子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨（mó）機的徑（jìng）向依次（cì）拆卸密封外（wài）殼、彈性機構、彈性機構（gòu）與定子塊之（zhī）間的連（lián）接杆、彈（dàn）性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出（chū），進行檢修或更換新的定子塊。
3、采（cǎi）用本（běn）產品代（dài）替傳統磨機的（de）電機驅動係（xì）統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用（yòng）三相感應電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以（yǐ）及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相（xiàng）比優勢是它有較高的效（xiào）率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平（píng）穩，係統響應速度（dù）快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用（yòng）越來（lái）越（yuè）廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減（jiǎn）速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節（jiē），縮短係統的（de）傳動鏈，直驅（qū）係（xì）統的傳動效率將提升至少20%。球（qiú）磨機直驅係統的傳動效率不僅得到（dào）大幅提升，而（ér）且直驅係統的故障率低，維（wéi）護檢修方（fāng）便，還避免了傳統設備因漏油造成（chéng）環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不（bú）僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於（yú）把（bǎ）一個大功率（lǜ）電機做成了多個（gè）小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低（dī）大功（gōng）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（cǎi）用高等級絕緣，模塊化（huà）電機（jī）采用多台小功率（lǜ）變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的（de）供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成（chéng）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（jī）驅動球磨機（jī）。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行（háng）。而本產品（pǐn）進行了模塊化（huà）設計，每（měi）個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（zì）由度,可以利用其多電機結構和（hé）控製（zhì）靈活的優勢，在發生故障時。可以（yǐ）直接拆卸故障電機更換新的模塊（kuài）電機即可正常運行（háng）。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（zǐ）模塊降額運行。使（shǐ）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（zhóu）承磨損、滾筒形變或重載產（chǎn）生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際（jì）生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導（dǎo）致永磁體用量（liàng）增加，提高（gāo）電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與（yǔ）轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會（huì）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（shǎo），工作時（shí）間更長（zhǎng），大體積（jī）球磨機（jī）檢修（xiū）複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式（shì）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（diào）速控製，實現負載工況多樣性
傳統立（lì）磨速度單一，工況適應（yīng）能力差。遇到（dào）突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢（màn）。永（yǒng）磁同步（bù）電機采用變頻調速，適應（yīng）工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾（niǎn）高度外，還增加了速（sù）度調節以快（kuài）速適應係統工作環境，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（chū），需要額外的盤車係（xì）統滿足立磨的（de）低速起動。為保證在電機（jī）起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感（gǎn）應電機起動後，通過（guò）減速器滿足係統轉（zhuǎn）矩（jǔ）需要，整個係統構成複雜，係（xì）統運行的輔助（zhù）設備很多。直驅係統由變頻控製係統控（kòng）製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤（pán）車係統和減速（sù）器，輔助係（xì）統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起（qǐ）動過程隨意設（shè）定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感（gǎn）應電（diàn）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。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動（dòng）條件。直驅（qū）係統（tǒng）直接變頻低速起動，係統直（zhí）接運行，係統（tǒng）控製簡單。變頻控製起動過程可（kě）根據實際工況進行調整，以滿（mǎn）足（zú）各種工況的需（xū）求。低（dī）速可（kě）過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低（dī）,維護次（cì）數少
係統各構成單元均（jun1）需要時常檢查（chá）和定期維護，傳統係統構成單元多。同時（shí）立磨減速器結構（gòu）複雜需要經常維護，維護成（chéng）本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況（kuàng）下（xià）進行係統（tǒng）維護。直驅係統構成單元（yuán）簡單，變頻（pín）器控製（zhì）永磁同步電機直接驅動，控（kòng）製方便。係統內（nèi）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（jī）低速運行情況下（xià）進行係（xì）統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜（zōng）上采用直驅永磁電機取代（dài）傳統驅動係統年節電量達（dá）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（zhí）驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結（jié）構示意（yì）圖
本（běn）新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓（yā）力軸承（chéng）上進行突破，通過設計一種雙（shuāng）向載荷（hé）扇形模塊機構替代大直徑軸承（chéng），方便加工、生（shēng）產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成本（běn）,在工程實際中具有很強的實用型（xíng）。
針對大（dà）、中、小型不（bú）同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用（yòng）永磁電機，代替傳統的減速（sù）機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有（yǒu）雙向載荷機構（gòu）與不同的放置位置，均能達到扶（fú）正與承壓的作（zuò）用，並且方便製（zhì）造、裝配維護，節（jiē）省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用（yòng）球磨機 
