1、技術背景
傳統的球磨機（jī）、立磨機大都采用三相（xiàng）異步電（diàn）動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及（jí）齒輪結構進行驅動，導致球（qiú）磨機的（de）傳動係統存（cún）在機械傳動鏈冗長、效（xiào）率低（dī）、機構複雜、運（yùn）行維護工作量大（dà）等問題。
沈陽工業大學電機與控製技（jì）術研究所與河南（nán）草莓视频ios機電設備有限公司聯合設計（jì）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（xiè）結構（gòu）進行機電一體化設計，取消動力傳（chuán）輸的（de）中間環節（jiē），做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省（shěng）去傳統磨機的減速機，顯著提高（gāo）了電機的效率與功率因數（shù），具有（yǒu）節能、起動轉（zhuǎn）矩大、過載能（néng）力強、係統免（miǎn）維護、自動化程度高等（děng）優點。
在控（kòng）製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工、製造、運輸等難度，還相當於把（bǎ）一個大功率電機做（zuò）成了多個小功率電機。模塊化電機（jī）的控製技（jì）術可以實現降低大功率電機（jī）的輸入電（diàn）壓，但是不（bú）增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣。模（mó）塊化電機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的（de）供電電壓（yā）和使用的變頻器容量，從而（ér）降低（dī）成本。每個模塊（kuài）電機都（dōu）具有（yǒu）一套獨立的控製係（xì）統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行（háng）在輕載工況（kuàng）時，完（wán）全可以隻運行部分模塊電機驅（qū）動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研（yán）發（fā）的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹（gàn）個相互存在（zài）間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機（jī）轉筒是否震動或偏心，定子（zǐ）塊始終跟隨轉筒運動從而保（bǎo）持定子與（yǔ）轉子間隙恒定的結（jié）構。本產品通過（guò）機（jī）械結構設（shè）計保證定子與轉子間的間隙（xì）恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電（diàn）機的氣隙可以設計的比普通永磁直（zhí）驅電（diàn）機的小很多，從（cóng）而大（dà）幅降低電機永磁體（tǐ）用量，降（jiàng）低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故（gù）障電機，更換新的模塊電機即可正（zhèng）常運行。使用本產品（pǐn）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（yǒng）磁直驅電機概述
本產品的（de）隨動式（shì）定子結構構成一種“小（xiǎo）車結構”，滾筒（tǒng）就像公（gōng）路，定子塊就像汽（qì）車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於（yú）汽車在公路行（háng）駛，公路的起伏不影響車（chē）輪（lún）與（yǔ）地（dì）麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪（lún）貼（tiē）合（hé）滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機（jī）因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載（zǎi）震動等原因造成（chéng）電機偏心、氣隙不均勻時，仍能（néng）正常運轉，保（bǎo）證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定（dìng）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（dòng）式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定（dìng）子為隨動式（shì）結構,基於模塊化（huà）永磁直驅（qū）電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在（zài）定子塊的軸向兩側安裝滾輪且（qiě）滾輪貼合滾筒來確（què）定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性（xìng）機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於（yú）半壓縮狀態（tài）,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上（shàng）移動，上方彈性（xìng）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時，定（dìng）子塊上的（de）彈性機（jī）構將其（qí）向上頂，保證下（xià）方定子塊的（de）滾輪依然貼合轉筒外（wài）表麵，使定（dìng）子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或（huò）繼續向下波（bō）動，則上方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向下的吸引力的（de）同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下（xià）壓。
本產品彈（dàn）性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定（dìng）子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設（shè）置的壓力過大造成滾輪或（huò）轉筒磨損較快。
本產（chǎn）品將永磁電機采用模塊（kuài）化控（kòng）製，根據不同功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（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（kuài）電機包繞式安（ān）裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式（shì）定子塊間設有（yǒu）固定（dìng）在支撐框架上的擋板來對定子塊進（jìn）行圓周方向的限（xiàn）位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型（xíng）支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動（dòng）式定（dìng）子塊安裝拆卸十分便（biàn）捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸（xiè）密封外殼、彈性（xìng）機構、彈性機構與定子塊之間的連（lián）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（yòng）本產品代替傳統磨（mó）機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的球（qiú）磨機仍采（cǎi）用（yòng）三相感應（yīng）電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永（yǒng）磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大（dà）降低，節（jiē）約了能源。永（yǒng）磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係（xì）統響應速度快，感應電機則起動相對困（kùn）難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直（zhí）驅，取消了中間的減速機（jī）、聯軸器、及（jí）齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈（liàn），直驅係（xì）統的傳動效率將提升至少（shǎo）20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設（shè）備（bèi）因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊（kuài）化設計，不僅降低了加工，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（huà）電機的控製技術（shù）可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流（liú），電機不必采用（yòng）高等級絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器（qì）聯合供電。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。球磨機運行在輕載工況時（shí）,完全可（kě）以（yǐ）隻運行（háng）部分模塊電機驅（qū）動球磨（mó）機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均（jun1）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（de）自由度,可以利用其多（duō）電機結構和（hé）控（kòng）製靈活的優勢，在發生故障（zhàng）時。可以直接拆卸故障電機更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行（háng）。模塊化電機具（jù）有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正（zhèng）常子模塊降額運行。使用本產品完（wán）全不會因電機發生（shēng）故障而影響（xiǎng）到生產工期。
球磨（mó）機因（yīn）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（zhuǎn）子偏心現象，偏心嚴重時還會造（zào）成電機掃膛損壞電機，實際生產中（zhōng）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，提高電機製造成本。隨動式（shì）定子結構的模塊電機，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（jiǎn）少永（yǒng）磁體用量，電機不會（huì）發生（shēng）掃膛現（xiàn）象，同時因為該隨動式定子結構在偏（piān）心時能繼續正常工（gōng）作，檢修次（cì）數更少，工作時間更長，大體積球磨（mó）機檢修複雜（zá），降低檢修次數就是（shì）提高（gāo）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
1、立磨直驅對比於傳統感應電（diàn）機的優點( 1）變頻調速控製，實（shí）現（xiàn）負載工況多樣性
傳統立磨速（sù）度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨（mó）鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用（yòng）變頻調速，適應工況能力強。遇到突發（fā）事件（jiàn），除調整（zhěng）磨輾高度外（wài），還（hái）增加了速度調節以快速適應係（xì）統工（gōng）作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法在低速（sù）實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電（diàn）網造成過大的（de）衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機（jī）起（qǐ）動後，通過減（jiǎn）速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設（shè）備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永（yǒng）磁同步（bù）電機起動，轉矩特性（xìng）滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助（zhù）係統少，結構簡（jiǎn）單。
(3）變（biàn）頻器軟（ruǎn）起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件（jiàn）後，軟起動裝置起動三相感應電（diàn）機，係統運行。係統控製複雜（zá），低速（sù）無法實（shí）現（xiàn）過載輸出。在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（xì）統直接運行，係（xì）統控製簡單。變（biàn）頻控製起動過程可（kě）根據實（shí）際工（gōng）況進行調整，以滿足各種工況（kuàng）的需求。低速可過載輸出，滿足起（qǐ）動需要，取代（dài）盤車係統。
(4）無（wú）減速器，維護成（chéng）本更（gèng）低,維護次數（shù）少
係統各構（gòu）成單元均需（xū）要時常檢查和定期（qī）維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本（běn）費（fèi）用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下（xià）進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製（zhì）永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無（wú）減速器，無（wú）需額外進行維護，係（xì）統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速（sù）運行情況下進行係（xì）統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁（cí）電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立（lì）磨結構示意圖
本新（xīn）型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突（tū）破，通（tōng）過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大（dà）直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維（wéi）修（xiū），並降（jiàng）低成本（běn）,在工程實際（jì）中（zhōng）具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸（cùn）的立磨，分別設計了三（sān）種（zhǒng）立磨專用（yòng）永磁電機，代（dài）替傳統的減速機與三相異步電動機，永（yǒng）磁直驅電機具有雙（shuāng）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（zuò）用，並且方（fāng）便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專（zhuān） 利。
永（yǒng）磁直（zhí）驅礦用球磨機 
