1、技術背景
傳統的球磨（mó）機、立磨機大都采（cǎi）用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及（jí）齒輪結構進行驅動（dòng），導（dǎo）致球磨機的傳動係統存在（zài）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。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南九幺免费版機電設（shè）備有限（xiàn）公司聯（lián）合設計研發的球磨機（jī）、立磨機（jī）采用永（yǒng）磁（cí）直驅電機,通過將電動機與機（jī）械結構（gòu）進行（háng）機電一體化設計，取消動（dòng）力（lì）傳輸的中間環節，做（zuò）成直驅方案，能直接（jiē）滿足荷載（zǎi）的需求，省去傳統磨（mó）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（néng）力（lì）強、係（xì）統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采（cǎi）用了模塊（kuài）化設（shè）計（jì），不僅降低了加（jiā）工（gōng）、製造、運輸等難度，還（hái）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（diàn）機的控製技術可（kě）以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機（jī）的輸入電流，電機不必（bì）采用（yòng）高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率（lǜ）變頻器聯合供電（diàn），這樣（yàng）設計降低了（le）電機的供電電壓和（hé）使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係（xì）統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機（jī）運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品（pǐn）電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將（jiāng）整（zhěng）圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一（yī）種無論球磨機（jī）轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與（yǔ）轉子（zǐ）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，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可（kě）以設計（jì）的比普通永磁直驅電機的（de）小（xiǎo）很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土（tǔ）資源，節能用（yòng）電量。當模塊發生故（gù）障時，直接拆卸故障電機（jī），更換新（xīn）的（de）模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因（yīn）電機發生故障（zhàng）而影響到生（shēng）產（chǎn）工（gōng）期。
2、球（qiú）磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產（chǎn）品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公（gōng）路，定子塊就像汽車。滾輪（lún）貼合滾筒旋轉相當於汽（qì）車在公路行駛，公路的（de）起伏不影響車輪與地麵（miàn）貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾（gǔn）輪貼合（hé）滾筒（tǒng），保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝（zhuāng）配誤差、軸（zhóu）承磨損、滾筒形變、重載震動（dòng）等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常（cháng）運轉，保證磨機始（shǐ）終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電（diàn）機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構（gòu），電機不會發生掃膛現象。
本（běn）產品電機的定（dìng）子為隨動式結構（gòu）,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立（lì）的扇形定子塊（kuài）結構，其隨動（dòng）原理是在定（dìng）子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾（gǔn）筒來確定（dìng）定子與轉子間（jiān）的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性（xìng）機構。彈性機構在球磨（mó）機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態（tài）,如（rú）果球（qiú）磨機滾筒向（xiàng）上波動，轉筒會向上頂定（dìng）子塊上安（ān）裝（zhuāng）的滾輪，進而帶動定子塊向（xiàng）上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對（duì）其向上的吸引（yǐn）力的同時，定子塊上（shàng）的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊（kuài）的滾輪依然貼合轉筒外（wài）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（dòng），從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續（xù）向下波動，則上（shàng）方定子塊在受（shòu）到永磁體（tǐ）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（kuài）被轉筒向下壓。
本（běn）產品（pǐn）彈性（xìng）裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設（shè）置不同的壓（yā）力,避免因彈性裝置設置的壓力過大（dà）造成滾輪或轉筒磨損較快（kuài）。
本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動（dòng）式定子塊構成一（yī）台模塊電機，一台（tái）整圓電機由多台模（mó）塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模（mó）塊電（diàn）機包繞式安裝在球磨（mó）機滾筒上。相鄰（lín）隨動（dòng）式定子塊間設有（yǒu）固定在支（zhī）撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方（fāng）向的限位（wèi）。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。
本產品的隨動式定子塊安裝拆（chāi）卸十分便捷（jié），隻需要沿（yán）球（qiú）磨機的徑向依（yī）次拆卸密封外殼、彈性機（jī）構、彈性機構與定（dìng）子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產（chǎn）品代替傳統磨機的（de）電機驅動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三（sān）相感應（yīng）電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁（cí）同（tóng）步電機與感應電機相（xiàng）比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能（néng）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（yīng）速度快（kuài），感應電機則起動相對困（kùn）難。這些（xiē）也是近年來永磁電機應用越來越廣（guǎng）泛的原因。
采用永磁直（zhí）驅，取消了（le）中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係（xì）統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升（shēng）至（zhì）少20%。球磨（mó）機直（zhí）驅係（xì）統的（de）傳動效率不僅得到大幅提升，而且（qiě）直驅係統的故障率低，維（wéi）護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境（jìng）汙染。
由於本（běn）產（chǎn）品（pǐn）電機定子采用了模塊化設計，不（bú）僅降低（dī）了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個（gè）大功率電機（jī）做成了多個小功（gōng）率電機。模塊化電機的控製技術可以（yǐ）實現降低（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（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（jiàng）低了（le）電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動球磨（mó）機。
傳統電機（jī）故障時，會導致電機合成磁（cí）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。而本產品進行了模塊化設計，每（měi）個模塊（kuài）電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升（shēng）了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的（de）優勢，在發生故障（zhàng）時。可以直接拆（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塊數，也可切除故障子（zǐ）模塊而控製其餘正常子模塊降（jiàng）額運行。使用本產品（pǐn）完（wán）全（quán）不（bú）會（huì）因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機（jī）因加工誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變或重載產生（shēng）震動等因素會（huì）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，實際生產中常常通過增加氣（qì）隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定（dìng）子結構的模塊電機（jī），能在轉筒偏心時保證定子與轉子（zǐ）之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁（cí）體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作（zuò），檢修次數更少，工作時間更長，大體（tǐ）積球磨機（jī）檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅（qū）立磨技術
1、立（lì）磨直驅對比於傳統（tǒng）感（gǎn）應電機的優點( 1）變頻調速控製，實（shí）現負（fù）載工況多樣性（xìng）
傳統立磨速度單一，工況適應能力差（chà）。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反（fǎn）應速度慢。永磁同步電機采用變頻調（diào）速，適應工況能力（lì）強。遇到突發事件（jiàn），除調整磨（mó）輾高度外，還（hái）增加了速（sù）度調節以快（kuài）速適應係統工作環境，係統（tǒng）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矩輸出，需要（yào）額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。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（ruǎn）起動裝置。三相感應（yīng）電機起（qǐ）動後，通（tōng）過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構（gòu）成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變（biàn）頻控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（shǎo），結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過（guò）程隨（suí）意設定
傳統係統（tǒng）先由低速盤車係（xì）統起動，待三相感（gǎn）應電機達到（dào）起動條件（jiàn）後（hòu），軟起動裝置起動三相感應電機，係統（tǒng）運（yùn）行。係統控製（zhì）複雜（zá），低速無法實現過載輸出。在（zài）低速過程需要盤車係統，將（jiāng）轉（zhuǎn）速提高到三相感應電機起動條件。直（zhí）驅係統直接變頻低（dī）速起動，係統直接運（yùn）行，係統控製簡單。變頻控製起動過程（chéng）可根（gēn）據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取（qǔ）代盤車係統。
(4）無（wú）減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各（gè）構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統（tǒng）構成單（dān）元多。同時立磨減速器結構（gòu）複雜需要經常維護（hù），維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的（de）情（qíng）況（kuàng）下進行係統維護（hù）。直驅係統構（gòu）成單元簡（jiǎn）單，變頻（pín）器控製永磁同步電機（jī）直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外（wài）進行維（wéi）護，係統維護成本低。同時，係統可實現在（zài）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（qū）動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的（de）優勢與（yǔ）球磨機直驅係（xì）統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖（tú）
本新型立磨結構采用（yòng）永磁直（zhí）驅電機驅動（dòng）,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承（chéng）上進行突破，通過（guò）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（shēng）產、運輸、裝配、維修，並降（jiàng）低成本,在工程（chéng）實際（jì）中（zhōng）具有很（hěn）強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電（diàn）機，代替（tì）傳統的減速機（jī）與三相異（yì）步電動機，永（yǒng）磁直驅（qū）電機具有雙（shuāng）向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶（fú）正（zhèng）與承壓的作（zuò）用，並且方便製造、裝配維護，節省成（chéng）本。均已申請專 利。
永（yǒng）磁直驅（qū）礦（kuàng）用（yòng）球磨機（jī） 
