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、減速裝置以及齒輪結構進行驅（qū）動，導致球磨機的傳動係統（tǒng）存在機械傳動鏈冗長、效率低、機（jī）構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學（xué）電機與控製技術研究所與河（hé）南（nán）小黄鸭视频官网機電設（shè）備有限公司（sī）聯合設計研發的球磨機、立磨機采用（yòng）永磁直（zhí）驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的（de）需求，省去傳統磨機（jī）的（de）減速機，顯著提高了電機（jī）的效率與功率因數，具有（yǒu）節能、起動轉矩（jǔ）大、過載能力強、係（xì）統免維護、自動化程度高等（děng）優點。
在控製方麵,本產品電（diàn）機定子采用（yòng）了模塊化設（shè）計，不僅降低了加工（gōng）、製造、運輸等難度，還相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（shí）現降低大功（gōng）率電機的輸入電壓，但是不增加電機的（de）輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電（diàn）機采用多台小功率（lǜ）變（biàn）頻器聯合供電，這樣（yàng）設計降低（dī）了（le）電機的供電（diàn）電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低（dī）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自由（yóu）度（dù），球磨機（jī）運（yùn）行（háng）在輕載工況時，完全可以隻運行部分模（mó）塊電機驅（qū）動（dòng）球磨（mó）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，將整圓的定子分成若幹個相互（hù）存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨（mó）機轉筒是（shì）否震動（dòng）或偏心（xīn），定子（zǐ）塊始終（zhōng）跟隨轉筒運動（dòng）從（cóng）而保持（chí）定（dìng）子與轉（zhuǎn）子間（jiān）隙恒定的結（jié）構。本產品通過機（jī）械（xiè）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，因此（cǐ）電機的（de）氣隙可以設計的比普通永磁直驅（qū）電（diàn）機的小很多，從而大幅（fú）降低電（diàn）機永磁（cí）體用量，降低（dī）生產成本，節約稀土資源（yuán），節能用電量。當模塊發生故障（zhàng）時，直接拆（chāi）卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常（cháng）運行。使用本產（chǎn）品完全不會（huì）因電機發（fā）生故障而影響到生產（chǎn）工期。
2、球磨機專用（yòng）隨動（dòng）式永（yǒng）磁（cí）直（zhí）驅電機概述
本產品的隨動式（shì）定子結構構成（chéng）一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾（gǔn）輪貼合滾筒旋轉相當於汽車（chē）在（zài）公路行駛，公（gōng）路的起伏（fú）不影響（xiǎng）車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響（xiǎng）滾輪貼合（hé）滾筒，保（bǎo）證定（dìng）子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始（shǐ）終運（yùn）行在性（xìng）能狀態，不必（bì）停（tíng）機檢修。同時電機定子與轉子間的（de）間隙也可以做的更小，減少永磁體用（yòng）量，並且因為隨動式（shì）結構，電機不（bú）會發（fā）生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構（gòu）,基於模塊化永磁直驅（qū）電機（jī），采用獨立的扇形定子塊結（jié）構，其隨動原理是在定子塊的軸（zhóu）向兩側安裝（zhuāng）滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間（jiān）隙，定子塊徑向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（xīn）時處於半壓縮狀態,如果球（qiú）磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子（zǐ）塊向上移動，上方彈性機構繼（jì）續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其（qí）向上的吸引力的同（tóng）時，定子（zǐ）塊上的彈性機構將（jiāng）其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼（tiē）合轉筒外（wài）表麵，使（shǐ）定子塊跟隨轉筒（tǒng）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（zhī）間的間隙不（bú）變。球（qiú）磨機（jī）滾（gǔn）筒向下複位或繼續（xù）向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下（xià）的（de）吸引（yǐn）力的同時，彈（dàn）性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒（tǒng）向（xiàng）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（kuài）設置不（bú）同的壓力,避免因彈（dàn）性（xìng）裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較（jiào）快。
本產品將永磁（cí）電機（jī）采用模塊化控製，根據不同功（gōng）率（lǜ）的電機設計采用不同個數的隨動式定（dìng）子（zǐ）塊構（gòu）成一台模塊電機，一（yī）台整圓電機由多台模塊電機（jī）構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞（rào）式安裝在球磨機（jī）滾筒上。相鄰隨動式（shì）定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定（dìng）子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的（de）法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安（ān）裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本（běn）產品的隨動式定子塊安裝（zhuāng）拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸（xiè）密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之（zhī）間的連接杆、彈（dàn）性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉（lā）出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的（de）電機驅動係統的優（yōu）點
現階段大多數的球磨（mó）機仍采用三相感應電動機（jī）、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電機相比優勢是它有較高（gāo）的效率和功率因數，損（sǔn）耗大（dà）大降低，節約（yuē）了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機（jī）運行平穩，係統響應速度快，感應電機則（zé）起動相對困難。這些也是近（jìn）年來永磁電（diàn）機應（yīng）用（yòng）越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中（zhōng）間的減速（sù）機、聯軸器、及齒（chǐ）輪的傳動環節，縮短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係統的（de）傳動效率（lǜ）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（qiě）直驅係（xì）統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備（bèi）因漏油造成環境汙染（rǎn）。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計（jì），不（bú）僅降低了加工，製造，運輸等難（nán）度，還（hái）相當於（yú）把一個大功率電機做成（chéng）了多（duō）個小功率電機。模塊化（huà）電機的控製技術可以實（shí）現降低大功率電機的輸入電壓，但（dàn）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率變頻（pín）器（qì）聯合供電。這樣設（shè）計降低了電機的供電電壓和使用的變頻（pín）器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻（zhī）運行部分模塊電機驅動（dòng）球磨（mó）機。
傳（chuán）統電機故障時，會導致（zhì）電機合成磁動勢發生畸變，諧波（bō）含量增加（jiā），平均轉（zhuǎn）矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化（huà）設計，每個模塊電機都具有一套獨（dú）立的控製係統（tǒng），大大提升了電機控製的自由度,可以（yǐ）利用其多電機結構和（hé）控製靈活的優勢，在發生故障時。可（kě）以直接拆卸（xiè）故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊（kuài）化電機（jī）具有冗餘的模塊數，也可切除故障子（zǐ）模塊而控（kòng）製其餘正常（cháng）子模（mó）塊降額運行。使用本產品完全不（bú）會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）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，偏心嚴重時（shí）還會造（zào）成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通（tōng）過增加氣隙大小來預防（fáng）掃膛，而氣隙增大會導（dǎo）致永（yǒng）磁體用量增加（jiā），提高（gāo）電（diàn）機製造成（chéng）本（běn）。隨動式定子（zǐ）結構的模塊電機（jī），能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間（jiān）隙恒定，可將氣（qì）隙做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，電機不會（huì）發（fā）生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏（piān）心時能繼續正常工作，檢修次數更少（shǎo），工作時間更長，大體積球磨機檢修（xiū）複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動（dòng）式球磨機裝配示意圖
二、永（yǒng）磁直（zhí）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，實現負載工況多樣性
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）磨鞮高度來改變係統工（gōng）作環（huán）境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變（biàn）頻調速，適應工（gōng）況能力強。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適應係統工（gōng）作環境（jìng），係（xì）統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳（chuán）統係統因三相感應（yīng）電機無法在低速實（shí）現大轉矩（jǔ）輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的（de）低速起動。為保證在電機起動過（guò）程不對電網造成過大的（de）衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係（xì）統轉矩需要，整個（gè）係統構成複雜，係統運行的輔助（zhù）設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起（qǐ）動，轉矩（jǔ）特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係（xì）統少，結構簡單。
(3）變頻器（qì）軟起動，起動過程隨意設定
傳統（tǒng）係統先由低速盤車係統起動，待三相（xiàng）感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動（dòng）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（guò）程需要盤車係統，將（jiāng）轉（zhuǎn）速（sù）提高到三（sān）相感應電機起（qǐ）動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接（jiē）運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實（shí）際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要（yào），取代盤車係統。
(4）無減速器（qì），維護成本更低,維護次數少
係統（tǒng）各構成單（dān）元均（jun1）需要時常檢查和（hé）定期（qī）維護，傳統（tǒng）係統構成單元多。同時立磨（mó）減速器結構複雜需要經（jīng）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下進行係統維護。直（zhí）驅係統（tǒng）構（gòu）成單（dān）元簡單（dān），變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（wéi）護成本低。同時，係（xì）統可實（shí）現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高（gāo）,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不（bú）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（qū）電機驅（qū）動,提高了立磨效率。在立磨（mó）扶正軸承（chéng）與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙（shuāng）向載（zǎi）荷扇形模（mó）塊機構替代大直（zhí）徑軸承，方便加工（gōng）、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具（jù）有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸（cùn）的立（lì）磨，分別設計了三種立（lì）磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相（xiàng）異步電動機，永磁（cí）直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均（jun1）能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配（pèi）維護（hù），節省成本。均已申請專（zhuān） 利。
永磁直驅礦用球磨機 
