1、技術背景
傳統（tǒng）的球磨機、立磨機大都采用三相異（yì）步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動（dòng），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（fù）雜、運行維護工作量大等（děng）問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南（nán）小黄鸭视频官网機電設備有限公司聯合（hé）設計研發的球磨機、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（diàn）一體化設計，取消動力傳輸的中間環（huán）節，做成直驅（qū）方案，能直接滿足荷（hé）載的需求（qiú），省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功（gōng）率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能（néng）力強、係統免維護（hù）、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不僅降低了加（jiā）工、製（zhì）造、運（yùn）輸等難度，還（hái）相（xiàng）當於把一個大（dà）功率電機做成了多（duō）個小功率電機。模（mó）塊（kuài）化（huà）電機的控（kòng）製技術可以實現降（jiàng）低大功率（lǜ）電機的輸入（rù）電（diàn）壓，但是不（bú）增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕（jué）緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供（gòng）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。每個模塊電機都具（jù）有一（yī）套獨立的控製係（xì）統，大大提（tí）升了電機控製的自由度，球磨機（jī）運行（háng）在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機（jī）。
在結構方麵，本產（chǎn）品電機的定子采（cǎi）用了一（yī）種自主設計研發的隨動式結（jié）構，將整圓的定子（zǐ）分成若幹個相互存在間隙的小扇形（xíng）塊，通過機械（xiè）結構設計，確定了一種無論球磨機轉（zhuǎn）筒是否震動或偏心，定子塊（kuài）始終跟隨（suí）轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉（zhuǎn）子間（jiān）的間隙恒定，電機不會發（fā）生掃膛（táng）現象（xiàng），因此電機（jī）的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用（yòng）量，降低生產成本，節（jiē）約稀土資源（yuán），節能用電量。當模塊發（fā）生故障時，直接拆（chāi）卸故（gù）障電機，更換新（xīn）的模（mó）塊電（diàn）機即可正常運行（háng）。使用本產品完全不會因（yīn）電機發生故障（zhàng）而影（yǐng）響到生產工期。
2、球磨機專用隨動（dòng）式永磁（cí）直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就（jiù）像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於（yú）汽（qì）車在公路行駛，公路的起伏不影響（xiǎng）車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子（zǐ）、轉子間（jiān）隙恒定，在（zài）球磨機因（yīn）裝配誤差（chà）、軸承磨（mó）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（bǎo）證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機（jī）定（dìng）子與轉子間的間隙也可以做（zuò）的更小，減少永（yǒng）磁（cí）體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動（dòng）式結構,基於模塊化（huà）永磁直驅電機，采（cǎi）用獨（dú）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（dìng）子與轉子間的間隙，定子塊徑向外（wài）側設（shè）有（yǒu）與（yǔ）支撐框架相連的彈性機構。彈（dàn）性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波（bō）動，轉筒（tǒng）會向（xiàng）上（shàng）頂定（dìng）子塊上安裝的滾輪（lún），進而帶動定子塊向（xiàng）上移動，上方彈（dàn）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（tóng）時，定子塊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外表麵，使定子塊跟（gēn）隨轉筒波動而（ér）進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定（dìng）子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼（jì）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（jī）構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向（xiàng）下壓。
本產品彈性裝置的壓力大（dà）小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈（dàn）性裝置設置的壓力過大造成（chéng）滾輪（lún）或（huò）轉筒磨損較（jiào）快。
本產品將永磁電機采用模（mó）塊化控製，根據不同功率的電機（jī）設計采用不同個數（shù）的隨動式定子塊構成一台（tái）模塊電機，一（yī）台整圓電機由多台模塊電（diàn）機構成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉子，模塊電機包繞式（shì）安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式（shì）定子塊間設有固定在支撐框架上的（de）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（chù）銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心（xīn）及磁鋼。
本產品的隨動式定（dìng）子塊安裝拆卸十分便捷（jié），隻需要沿球（qiú）磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間（jiān）的連接杆（gǎn）、彈性機構支撐架，即可將定子（zǐ）塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品（pǐn）代替傳統磨機的電機驅動係（xì）統（tǒng）的優點
現階段（duàn）大多（duō）數的（de）球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝（zhuāng）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（lǜ）和功（gōng）率因數，損耗（hào）大（dà）大（dà）降低，節約了（le）能源。永（yǒng）磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則（zé）起動相對困難（nán）。這些（xiē）也是近年來永磁電（diàn）機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取（qǔ）消了中間（jiān）的減速機、聯軸（zhóu）器、及（jí）齒輪的傳動環節，縮（suō）短係統的（de）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（xì）統的傳動（dòng）效率不僅（jǐn）得到大幅提升，而（ér）且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免（miǎn）了傳統設備因漏油造（zào）成環（huán）境汙染。
由（yóu）於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工（gōng），製造，運輸等難度，還相當（dāng）於把一個大功率電機做成了多個（gè）小功率（lǜ）電（diàn）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（shū）入電壓，但是不增加電機的輸入（rù）電（diàn）流，電機不必（bì）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使用的變（biàn）頻（pín）器容量（liàng），從（cóng）而（ér）降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可（kě）以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動球磨機。
傳統電機（jī）故障時，會導（dǎo）致電機合成磁動勢發生畸變，諧（xié）波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法（fǎ）繼續正常運行。而本產品進行了模塊（kuài）化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）機（jī）控製的自由度,可以（yǐ）利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接（jiē）拆（chāi）卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模（mó）塊數，也可切除（chú）故障子模塊而控製其餘正常（cháng）子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生（shēng）故障而影響到生產工期（qī）。
球磨機因加工誤差（chà）、軸承磨（mó）損、滾筒形變或重載產（chǎn）生震動等因素（sù）會發生轉（zhuǎn）子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電（diàn）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，而氣隙增大會（huì）導致（zhì）永磁體用（yòng）量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結（jié）構的模塊電機（jī），能在轉筒偏心時保證定（dìng）子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發（fā）生掃膛現象，同時因為（wéi）該隨動（dòng）式定子結構在偏心時能繼續正常工作（zuò），檢修次數更少，工作時（shí）間更長，大體積（jī）球磨機檢（jiǎn）修複雜，降低（dī）檢修次數就是提（tí）高生產（chǎn）效率。
4、隨動式球（qiú）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（tǒng）感應電機（jī）的（de）優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度（dù）單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調（diào）整磨鞮高度來改變係統（tǒng）工作環境，係統反應速度慢。永（yǒng）磁同步電機采用（yòng）變頻調速，適應工況能力強。遇到突發（fā）事（shì）件，除調整磨輾（niǎn）高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環（huán）境，係統反應速度更快。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠性高
傳統（tǒng）係（xì）統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩（jǔ）輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨（mó）的低（dī）速起動。為保（bǎo）證在電機起動過程不對電網造成過大的衝（chōng）擊，需（xū）增加軟起動裝置。三相（xiàng）感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉（zhuǎn）矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控（kòng）製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤（pán）車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟（ruǎn）起動，起動過程隨意（yì）設定
傳統（tǒng）係統先由低速盤車係統起動，待三相感（gǎn）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。係統控製複雜，低速無（wú）法實現過（guò）載輸出（chū）。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高（gāo）到三相感應電（diàn）機起動條件。直驅係（xì）統直接變頻低速起動，係（xì）統直接運行，係統控製（zhì）簡單。變頻控製（zhì）起動過程可根據（jù）實際工況進行調整，以（yǐ）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（xì）統。
(4）無（wú）減速（sù）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（jiǎn）查和定期維護，傳統係（xì）統構成單元（yuán）多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護（hù），維護成本費用高（gāo）。同時係（xì）統無法實現在低速（sù）運行的情況下進行係統維護。直驅（qū）係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直（zhí）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（wéi）護成本低。同時，係統可實現在電（diàn）機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效（xiào）率高（gāo）,節能效果明顯
綜上采（cǎi）用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節（jiē）電量達181萬（wàn）元。（按照（zhào）5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨（mó）機直驅係統的（de）優勢與球磨機直驅（qū）係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立（lì）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力軸承上進（jìn）行突破，通過設計一種雙向（xiàng）載荷扇形模塊機（jī）構替（tì）代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工（gōng）程（chéng）實際中具有很強的實用（yòng）型。
針對大、中、小（xiǎo）型不同尺寸的立磨，分別設計了（le）三種立磨專用永磁電機，代替（tì）傳統的減速機與三相異（yì）步（bù）電（diàn）動機，永（yǒng）磁（cí）直驅電機具有雙向載荷機構（gòu）與（yǔ）不同的放（fàng）置位置，均（jun1）能達到扶正與承壓的作（zuò）用，並且方便製造、裝配維護（hù），節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
