1、技術背景
傳統的球磨機、立（lì）磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率（lǜ）低、機構複雜（zá）、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南蜜桃视频com.www機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立（lì）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一（yī）體化（huà）設計（jì），取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方（fāng）案，能（néng）直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數（shù），具有（yǒu）節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控（kòng）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（zào）、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現降低大功率電機的輸入（rù）電壓，但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（biàn）頻器聯合供電，這樣設計（jì）降低（dī）了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻（pín）器容量，從而（ér）降低成本。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度（dù），球磨機運行在輕載工況時（shí），完全可以隻運行（háng）部分模塊電機（jī）驅動球磨機（jī）。
在結（jié）構方麵，本（běn）產品電機的定子采用了一種自主設計研發的（de）隨動式結構，將整圓的定子分成若（ruò）幹個相互存（cún）在間隙的小扇形塊，通過機（jī）械結構設計，確定了（le）一種無論球磨機轉筒（tǒng）是（shì）否震（zhèn）動或偏心（xīn），定（dìng）子塊始終跟隨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（jī）械結構設計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（jī）的氣隙可以設計（jì）的（de）比普通永磁直驅電機的小很多，從（cóng）而大幅降低電機永磁體用量，降低（dī）生（shēng）產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使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（zhuān）用隨動式永磁直驅電機概述（shù）
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結（jié）構”，滾筒就像公路，定（dìng）子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在公路行駛，公路的起（qǐ）伏（fú）不影響（xiǎng）車輪（lún）與地麵（miàn）貼合，即滾筒偏心浮動不（bú）影響滾輪貼合滾筒，保證定（dìng）子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變、重載震動等（děng）原因造成電機偏心（xīn）、氣（qì）隙不均勻時，仍能（néng）正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不（bú）必停機檢修（xiū）。同時電機定子與轉子間的間隙也可（kě）以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機（jī）不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結（jié）構（gòu）,基於模塊化永磁直驅電機，采用（yòng）獨立的扇形定子塊結構（gòu），其隨動原理是在定子塊的（de）軸向兩側安裝滾（gǔn）輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙（xì），定子塊（kuài）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（gǔn）筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨（mó）機（jī）滾筒向上波動（dòng），轉筒會向上（shàng）頂定（dìng）子（zǐ）塊上（shàng）安裝的滾輪，進（jìn）而帶動定子塊（kuài）向上移（yí）動，上方彈性機構繼續（xù）壓縮;下方定（dìng）子塊在受到永磁體對其向（xiàng）上的吸引（yǐn）力的同時，定子塊上的彈性（xìng）機構將其（qí）向上頂（dǐng），保證下方（fāng）定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵（miàn），使定子塊跟（gēn）隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向（xiàng）的移動，從而（ér）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（xìng）機構將（jiāng）上方其向下（xià）壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置（zhì）的壓力大小（xiǎo）可調，對於不同位置的（de）定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝（zhuāng）置設置的壓力（lì）過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電（diàn）機采（cǎi）用模塊化控（kòng）製，根據不同功率的（de）電機設計采用不同個（gè）數的隨動式定子塊構成一台模塊電（diàn）機，一台整圓（yuán）電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同（tóng）一個轉子，模塊電機包（bāo）繞式安裝（zhuāng）在球磨機滾筒上。相鄰（lín）隨動式（shì）定子塊間設有固定在支撐框架上的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銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼（gāng）。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻（zhī）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、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行（háng）檢修或更換（huàn）新的定子塊。
3、采（cǎi）用本產品代替傳統（tǒng）磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁（cí）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（yīn）數，損耗大大（dà）降低，節約了（le）能源。永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，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永（yǒng）磁電機應用越（yuè）來越廣泛的原（yuán）因（yīn）。
采用永磁直驅，取消（xiāo）了中（zhōng）間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統（tǒng）的傳動鏈（liàn），直驅係（xì）統的傳動效率將提升至少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（zhàng）率低，維護檢（jiǎn）修方便，還（hái）避免了（le）傳（chuán）統設備（bèi）因漏油（yóu）造成（chéng）環境汙染。
由於本產品電（diàn）機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難（nán）度，還相當於把一個大功率電（diàn）機做成了多（duō）個小功率電機。模塊化電機的控製（zhì）技術可以實現降低大功率電機的（de）輸入電（diàn）壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻（pín）器聯合供電。這樣設計（jì）降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而（ér）降低成本。球磨機運行（háng）在輕載工況時,完（wán）全可以隻運行部分模塊（kuài）電（diàn）機驅動球磨機（jī）。
傳統電機故障時，會導致電機（jī）合成磁動勢發生畸變，諧波含量（liàng）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）個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大（dà）大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和（hé）控製靈活的優勢（shì），在發生故障時（shí）。可以（yǐ）直接拆卸故（gù）障電機更換新的（de）模塊電機即可正常運行。模塊（kuài）化電機具有冗餘的模（mó）塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全（quán）不會（huì）因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨（mó）損（sǔn）、滾（gǔn）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（chóng）時（shí）還會造成電機掃膛損壞電機，實（shí）際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電（diàn）機製造成本。隨動式定子結構的（de）模塊電機，能在轉筒偏心時（shí）保證定子與轉子之（zhī）間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量（liàng），電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨（suí）動式定子結（jié）構在偏心（xīn）時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次（cì）數就（jiù）是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配（pèi）示（shì）意圖
二、永磁（cí）直驅立磨（mó）技術
1、立（lì）磨直驅對比於（yú）傳統感應電（diàn）機（jī）的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性（xìng）
傳（chuán）統立磨速度單一，工況適應能力（lì）差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改（gǎi）變（biàn）係統工作環境，係統反應速度（dù）慢。永磁同步（bù）電機采（cǎi）用變頻調速，適應工況能力強。遇（yù）到（dào）突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速（sù）適應係統工作環境，係統反應（yīng）速度更（gèng）快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳（chuán）統（tǒng）係統因三相感應電機無法在（zài）低速實現大（dà）轉矩輸出，需要額外的盤車係（xì）統滿（mǎn）足立磨（mó）的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造（zào）成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後（hòu），通過減速器滿足係統（tǒng）轉矩需要，整個（gè）係統構成複雜，係統運行的輔助設備（bèi）很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動（dòng），轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變（biàn）頻器軟起動，起（qǐ）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（qǐ）動條件後，軟起動裝置起（qǐ）動三相感應電機，係統運行。係統（tǒng）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）轉速提高到三相感應電機（jī）起動條（tiáo）件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直（zhí）接運行（háng），係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行（háng）調整，以滿足各（gè）種工況的需求。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（chéng）本更低,維護次數少
係（xì）統各（gè）構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維（wéi）護成本費用高。同時係統無（wú）法實現在低速運行的情況下（xià）進行係統維護。直驅係統構（gòu）成單元簡單，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（wú）需額外進行維護，係統維護成本低（dī）。同時，係統可實現在電（diàn）機（jī）低（dī）速運行情（qíng）況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用（yòng）直驅永磁電機取代傳（chuán）統驅動係統年節電量達181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元/kWh）立式（shì）鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係（xì）統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用（yòng）永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率（lǜ）。在立磨（mó）扶正軸承與壓力軸承上進（jìn）行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模（mó）塊機構（gòu）替代大直徑軸（zhóu）承，方便加工、生產、運輸（shū）、裝配（pèi）、維修，並（bìng）降低成本,在工程實際中具有很強（qiáng）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機，代替傳統的減速機（jī）與三相異步（bù）電動機，永磁直驅（qū）電機具有雙向載荷機構與不（bú）同的放置位（wèi）置，均能達到扶正與承壓的作（zuò）用，並且（qiě）方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專（zhuān） 利。
永（yǒng）磁直驅礦用球磨（mó）機 
