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（jī）、聯軸器、減（jiǎn）速裝置（zhì）以及齒輪結構進（jìn）行驅動（dòng），導致球磨機的傳動係統存（cún）在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運（yùn）行維護工作（zuò）量大（dà）等（děng）問題。
沈（shěn）陽工業大學電機與控（kòng）製技術研（yán）究所與河南日本一二三区视频在线機電設備（bèi）有限（xiàn）公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電（diàn）機,通過（guò）將電動機與（yǔ）機械結（jié）構進行機電一體化設計，取消動力傳輸（shū）的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機（jī）的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程（chéng）度高等優點。
在（zài）控製方麵,本產品電機定子采用了（le）模塊化設計，不僅降低（dī）了加工、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做（zuò）成了多個小（xiǎo）功率電（diàn）機。模塊化電機的（de）控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但（dàn）是不（bú）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（yòng）多台小功（gōng）率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的（de）供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量，從而降（jiàng）低（dī）成（chéng）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度，球磨機運行在輕載工（gōng）況時，完全可以隻運（yùn）行部分模塊電機驅動球磨（mó）機。
在結（jié）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（jié）構，將整圓的定子分成若幹個（gè）相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確（què）定了一種無論球磨機轉筒（tǒng）是（shì）否震動或偏心（xīn），定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的（de）結構。本產（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（jī）不會發生掃膛現象，因此電機的氣（qì）隙可以設（shè）計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電（diàn）機永（yǒng）磁體用量，降（jiàng）低生產成本，節約稀土資源，節能（néng）用電量。當模塊發（fā）生故（gù）障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正（zhèng）常運行。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。
2、球磨機專用隨動式永磁直（zhí）驅（qū）電（diàn）機概述
本產品的（de）隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾（gǔn）筒就像（xiàng）公（gōng）路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車（chē）在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地（dì）麵貼合，即滾筒偏（piān）心浮（fú）動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變、重載震動等（děng）原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終（zhōng）運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做（zuò）的更小，減少永磁體用量，並且因為（wéi）隨（suí）動式結構（gòu），電機不會發生掃膛現象。
本產品電（diàn）機（jī）的（de）定子為隨動式結（jié）構,基（jī）於模（mó）塊化永磁直驅電（diàn）機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向（xiàng）兩側安裝滾（gǔn）輪且滾輪貼（tiē）合滾（gǔn）筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側（cè）設有與支（zhī）撐框（kuàng）架相連的彈性機構。彈性機構在（zài）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動，轉筒會向上頂定子塊上安（ān）裝的滾輪，進（jìn）而帶動定子塊（kuài）向上移（yí）動，上方彈性機構（gòu）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（zǐ）塊上的彈性機構將其向上頂，保（bǎo）證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與（yǔ）圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾（gǔn）筒（tǒng）向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對（duì）其向（xiàng）下的吸引力（lì）的同時，彈性機構（gòu）將上方其向下壓,下方（fāng）定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的（de）定（dìng）子塊設置不同的壓（yā）力,避免因彈性裝置設（shè）置的壓力（lì）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，根據不同功率的電機設計（jì）采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊（kuài）電機，一台整圓電機由多台模塊電（diàn）機構成,多台模塊電機共用同一個轉子（zǐ），模塊電機包繞式安裝在（zài）球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進（jìn）行圓周方向（xiàng）的（de）限（xiàn）位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安（ān）裝電機（jī）轉子鐵心及（jí）磁鋼。
本（běn）產品的隨動式（shì）定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球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的連接杆、彈性（xìng）機構支（zhī）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、采用本（běn）產品代替傳（chuán）統磨機的電機驅（qū）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（jí）齒輪結（jié）構進行驅動。永磁同步電機與感應電機（jī）相比優（yōu）勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過（guò）變頻器進行（háng）調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應（yīng）電機則起動相對困難。這些（xiē）也是近年來永磁電機（jī）應用越來越廣泛（fàn）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，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升（shēng）至少20%。球（qiú）磨機直驅係（xì）統的傳動效率不僅得到（dào）大幅提升，而且直驅係（xì）統的故障率低，維護檢修方便（biàn），還（hái）避免了傳統設備因（yīn）漏油造成環境汙（wū）染。
由於本產品電（diàn）機（jī）定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造（zào），運輸等難度，還（hái）相（xiàng）當於把一個（gè）大功率電機做成了多個小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低（dī）大功率（lǜ）電機（jī）的輸入電壓，但是不增加電機（jī）的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多（duō）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，從而降低成本。球磨機運行在輕載工（gōng）況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨（mó）機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發（fā）生畸變，諧波含量增加，平均轉（zhuǎn）矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行（háng）。而本（běn）產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換（huàn）新的模塊（kuài）電機即可正（zhèng）常運行（háng）。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障（zhàng）子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行（háng）。使用本產品完全不會因電機發生故障而（ér）影響到生產工期。
球磨機因（yīn）加（jiā）工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重（chóng）載產生震（zhèn）動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會（huì）造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加（jiā）氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機（jī）製造（zào）成本。隨動式定子（zǐ）結構的模塊電機，能（néng）在轉筒偏心時保證（zhèng）定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的（de）更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃（sǎo）膛現象，同時因為該隨動式（shì）定子結構在（zài）偏心（xīn）時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大（dà）體積球磨（mó）機檢修複雜，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、永磁直驅立磨技術（shù）
1、立磨直（zhí）驅對比於傳統感（gǎn）應電機的優點( 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，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度（dù）來（lái）改變係（xì）統工作環境，係統反（fǎn）應速度慢。永磁同步（bù）電機采用變（biàn）頻調速，適應工況能力強。遇到（dào）突發（fā）事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調（diào）節以快速適應係（xì）統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高（gāo）
傳統係統因三相感應電機無法（fǎ）在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速（sù）起動。為保證在電機起（qǐ）動過程（chéng）不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電（diàn）機起動後，通過減速器滿足係統轉（zhuǎn）矩需要，整個係（xì）統構成複雜，係統運行的輔（fǔ）助設備很多。直驅係統由變頻（pín）控製係（xì）統（tǒng）控製（zhì）永磁同步電機起（qǐ）動，轉矩特性滿足需（xū）要，無需盤車係統（tǒng）和減（jiǎn）速器（qì），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（chuán）統係統先由低速盤車係（xì）統起動，待三相感應電機達（dá）到起動條件後（hòu），軟起動裝置起動三相感應電機，係統（tǒng）運（yùn）行。係統控（kòng）製複雜，低速無法（fǎ）實（shí）現過載輸出。在（zài）低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係（xì）統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種（zhǒng）工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本（běn）更低,維護次數少
係統各構成（chéng）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（lì）磨減速器結構複雜（zá）需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元（yuán）簡（jiǎn）單，變頻器控製永磁同步電機直接驅（qū）動，控製方便。係統內無減速器，無（wú）需額（é）外進行維護，係統維護（hù）成本低。同時，係統（tǒng）可實現在電機低速運行情況下進（jìn）行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明（míng）顯
綜上（shàng）采用（yòng）直（zhí）驅永（yǒng）磁電機（jī）取代傳統驅動係統年節電量（liàng）達181萬（wàn）元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式（shì）鯤磨機直驅係統的優（yōu）勢與球磨機直驅係統相（xiàng）同（tóng），這裏不再一—贅述（shù）。
2、永磁直（zhí）驅立磨結構示（shì）意圖（tú）
本新（xīn）型立磨結構采用永磁（cí）直驅電機驅動,提高了立磨效率。在（zài）立（lì）磨扶正軸承與壓力軸承上進行（háng）突破，通過設（shè）計一種雙向載荷扇形模（mó）塊機構替代（dài）大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程（chéng）實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了（le）三種立磨專用永（yǒng）磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動（dòng）機，永磁直驅電機具有雙向載荷機（jī）構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造（zào）、裝配維護，節省成（chéng）本。均（jun1）已（yǐ）申請專 利。
永（yǒng）磁直驅礦用球磨機 
