1、技（jì）術背景
傳統的球（qiú）磨機、立磨（mó）機大都（dōu）采用三相異步電動機、聯軸（zhóu）器（qì）、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（jī）械傳動鏈冗長、效率低（dī）、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與控製（zhì）技術研究所（suǒ）與河南小黄鸭视频官网機電設備有限公司聯合設計研（yán）發的球磨機、立磨機采用（yòng）永磁直驅（qū）電機,通過將電動機與機械結（jié）構進行機電（diàn）一體（tǐ）化（huà）設計，取消動力（lì）傳輸的中間環（huán）節，做成直驅方案，能（néng）直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯（xiǎn）著提高了電機的效率與功率因（yīn）數（shù），具有節能、起動轉矩大、過載能力（lì）強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵（miàn）,本產品電機定子采用（yòng）了模塊化（huà）設計，不僅降（jiàng）低了加工、製造、運輸等難度，還（hái）相當（dāng）於把一（yī）個大（dà）功率電機（jī）做成了多個（gè）小（xiǎo）功率電機。模（mó）塊化電機的控製（zhì）技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但（dàn）是不增加電機的輸（shū）入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電（diàn）機采用多台小功率變頻器聯（lián）合供電，這樣設計降低（dī）了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降（jiàng）低成本。每（měi）個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提（tí）升了電機控製（zhì）的自由度，球磨機運（yùn）行在輕載工況時，完（wán）全可以隻運行部分模塊（kuài）電機驅動球磨機。
在結構方麵，本（běn）產品電機的定子采用了一種自（zì）主（zhǔ）設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分（fèn）成若幹（gàn）個相互存在間隙的小（xiǎo）扇形塊，通過機械結構設計，確定（dìng）了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子（zǐ）塊（kuài）始終跟隨轉（zhuǎn）筒運動從而保持定子（zǐ）與轉（zhuǎn）子間隙恒定的結（jié）構。本產品通過機械結構設計保（bǎo）證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會（huì）發生掃膛現象，因此電（diàn）機的氣隙可以設計的比普（pǔ）通永磁直驅（qū）電機的小很多，從（cóng）而大幅降低（dī）電（diàn）機永磁體用量，降低生產成本，節約（yuē）稀土資源，節能用電量。當（dāng）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正常運行。使用本（běn）產品完全不會因電機發生（shēng）故障（zhàng）而影響到（dào）生產工期。
2、球磨（mó）機專用（yòng）隨動式永磁直驅電機（jī）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（lù），定子塊就像汽車（chē）。滾輪貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相（xiàng）當（dāng）於汽車（chē）在公路（lù）行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影（yǐng）響滾輪貼合滾筒，保證（zhèng）定子、轉子間隙恒定，在球磨機（jī）因（yīn）裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等（děng）原因造成電機偏心、氣隙不均勻（yún）時，仍（réng）能正（zhèng）常運轉，保證磨機（jī）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（jiān）的間隙也可以做的更小，減少永磁（cí）體用量，並且因為隨（suí）動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理（lǐ）是在定子（zǐ）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（dìng）子塊徑向外側設（shè）有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構（gòu）在球磨機滾筒不偏心時處（chù）於半壓縮（suō）狀態,如果（guǒ）球（qiú）磨機滾筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂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;下方定子塊在受到永磁（cí）體（tǐ）對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈（dàn）性機構將其向上（shàng）頂（dǐng），保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定（dìng）子塊跟隨轉（zhuǎn）筒波動而進（jìn）行徑（jìng）向與（yǔ）圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的（de）間（jiān）隙不變。球（qiú）磨機（jī）滾筒向下複位或繼（jì）續向下波動（dòng），則上方定子塊在受到永磁體對（duì）其向下的吸引力的（de）同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可（kě）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過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功（gōng）率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台（tái）整圓電（diàn）機由（yóu）多台模塊（kuài）電機構成,多台模塊（kuài）電機（jī）共用同（tóng）一個轉子，模塊電機包繞式（shì）安裝在球磨機（jī）滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框（kuàng）架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板（bǎn）,用於支撐安裝電（diàn）機（jī）轉（zhuǎn）子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆（chāi）卸十分便捷，隻需（xū）要沿球（qiú）磨機的徑向（xiàng）依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之（zhī）間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行（háng）檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應（yīng）電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節（jiē）約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電（diàn）機運行平穩，係統響應速度快，感（gǎn）應電（diàn）機則（zé）起動相對困難。這些也是近年（nián）來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用（yòng）永磁直驅，取消了（le）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（qū）係統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（jǐn）得到大幅提升，而且直驅（qū）係統（tǒng）的故障率低，維護檢修方（fāng）便，還避免（miǎn）了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由（yóu）於（yú）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（dāng）於把一個大功率電機做（zuò）成了多個小功率電機。模塊化電機的控製（zhì）技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電機的輸入電流（liú），電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻（pín）器聯合供電。這樣設計降低了（le）電（diàn）機的供電電壓和使用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時（shí）,完（wán）全可以隻運行（háng）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畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩（jǔ）波動顯著增加，無法繼續（xù）正常運行。而本產（chǎn）品（pǐn）進行了模塊化設（shè）計，每個模（mó）塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製係統，大大提升了電（diàn）機控（kòng）製的自由度（dù）,可以利用其多電機（jī）結構（gòu）和控製靈活的優勢，在發（fā）生故障時。可以（yǐ）直接拆卸（xiè）故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電（diàn）機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製（zhì）其餘正（zhèng）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因素會發生轉子偏心現象，偏心（xīn）嚴重時還（hái）會造成電機掃膛損壞電機，實（shí）際生產中常常通過增（zēng）加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體（tǐ）用量增加，提高電機製造成（chéng）本。隨動式定子結構的模塊電（diàn）機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子（zǐ）之間的間隙（xì）恒定，可將氣隙做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動（dòng）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，大體積球（qiú）磨機檢修複雜，降低檢（jiǎn）修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直（zhí）驅立磨技術
1、立磨（mó）直驅對比於傳統感應電機的優（yōu）點( 1）變頻調速（sù）控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適（shì）應能力差（chà）。遇到突發事件，調整磨鞮高（gāo）度來改變係統工作環（huán）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（lì）強（qiáng）。遇到突發事件（jiàn），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。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感（gǎn）應電機無（wú）法在低速實現大（dà）轉矩輸（shū）出，需要額外的盤車（chē）係統滿（mǎn）足立磨的低速起動。為保證（zhèng）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（zhuāng）置。三（sān）相感應（yīng）電機起（qǐ）動後，通（tōng）過減速器滿足係統轉矩（jǔ）需要，整個係統（tǒng）構成（chéng）複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係（xì）統由變頻控製係統控製永磁同（tóng）步電機起動，轉（zhuǎn）矩特性滿足需要，無需盤車係（xì）統和減速器，輔助係統少，結構簡單（dān）。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車（chē）係統起動，待三相感應（yīng）電機達到起動條（tiáo）件後，軟起動裝置起動三相感應（yīng）電機，係統（tǒng）運行。係統控製複雜，低速無法實現（xiàn）過載輸出（chū）。在低速過程需要盤（pán）車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻（pín）低速起動，係統（tǒng）直接運行，係（xì）統（tǒng）控製簡單（dān）。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調（diào）整，以滿（mǎn）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（xì）統。
(4）無減速器，維護（hù）成本更低,維護次數少
係統（tǒng）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（zá）需要經常維護，維護成本費（fèi）用高。同時係統無法實現在低速（sù）運行（háng）的情況下（xià）進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製（zhì）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（xì）統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率（lǜ）高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅（qū）動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/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（yī）—贅述。
2、永磁（cí）直驅立磨（mó）結構示意圖
本新型立磨結構采（cǎi）用永磁直驅電（diàn）機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上（shàng）進行突破，通過設計一種（zhǒng）雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生（shēng）產、運輸、裝配、維修，並降低成本（běn）,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大（dà）、中、小型不同（tóng）尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁（cí）電機，代替傳統的減速機與（yǔ）三相異步電動機，永磁直驅電機具有（yǒu）雙向載荷機（jī）構與不同的放置位置，均能達到扶（fú）正與承壓的作用，並且方便製造、裝（zhuāng）配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
