1、技術背景
傳統的球磨機、立磨（mó）機大都采（cǎi）用三相異步（bù）電動機、聯軸器、減速裝置以及（jí）齒輪結（jié）構進行驅動，導致（zhì）球磨機的傳動係統存在機械（xiè）傳動鏈冗長、效率低、機構複（fù）雜、運行維（wéi）護工作量大等問題。
沈（shěn）陽工業（yè）大學電機與控製技（jì）術研究（jiū）所與河南草莓视频黄色機電（diàn）設（shè）備（bèi）有限公（gōng）司（sī）聯合設（shè）計研（yán）發的球磨機、立磨（mó）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體化設（shè）計（jì），取消動力傳輸的中間環（huán）節，做成直（zhí）驅方案（àn），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（le）電機的效率與功率因數（shù），具有節能、起（qǐ）動（dòng）轉矩大、過載能力強、係（xì）統免維護（hù）、自動化程度高等優（yōu）點。
在控製方（fāng）麵（miàn）,本產品電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不（bú）僅降低了加工、製（zhì）造、運輸等難度，還相當於（yú）把一個大（dà）功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機（jī）的控製技術可以實現降低（dī）大功率電機的輸入電壓，但是（shì）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器聯合供電（diàn），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（jiàng）低成本（běn）。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，球（qiú）磨（mó）機運行在輕載工況時，完全（quán）可以隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構（gòu），將整圓的定子分成（chéng）若幹個相互存在間（jiān）隙的小扇形塊，通過（guò）機械結構設（shè）計，確定了一種無（wú）論球磨機轉筒是（shì）否震動（dòng）或偏心，定子塊（kuài）始終跟隨（suí）轉筒運（yùn）動從而保（bǎo）持定子與轉子間隙恒定的（de）結構。本產品通過機械結構設計保（bǎo）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（diàn）機的氣隙可以設計的比（bǐ）普通永磁（cí）直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接（jiē）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（wán）全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球（qiú）磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構（gòu）構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合（hé）滾筒旋轉相當於汽車在公路（lù）行駛，公路的起伏不影（yǐng）響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒（héng）定，在（zài）球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變（biàn）、重（chóng）載（zǎi）震動等原因（yīn）造（zào）成電機偏心、氣隙不均勻時，仍（réng）能正常（cháng）運（yùn）轉，保證磨機始終運行在性能（néng）狀態，不必停機檢修。同時電機（jī）定子與轉子間的間隙也可以做（zuò）的更（gèng）小（xiǎo），減少永磁（cí）體用量，並且因為隨動（dòng）式結構，電機不會發生（shēng）掃（sǎo）膛（táng）現（xiàn）象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機（jī），采用獨立的扇（shàn）形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的（de）軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框（kuàng）架相連（lián）的彈性機（jī）構。彈性（xìng）機構在球磨機滾筒不偏心時處於（yú）半壓縮（suō）狀態,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（gǔn）輪，進（jìn）而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在（zài）受到永（yǒng）磁體對其向上的吸引力的同時（shí），定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證（zhèng）下方定（dìng）子塊的滾（gǔn）輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行（háng）徑向與圓周方向的移動，從而保證定子（zǐ）、轉子（zǐ）之間（jiān）的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則（zé）上方定子塊（kuài）在受到永磁體對其（qí）向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉（zhuǎn）筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定（dìng）子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將（jiāng）永磁電機采用模塊化（huà）控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動（dòng）式定子塊構成一台（tái）模塊電機，一台整圓電機由（yóu）多台模塊電機構成,多台模（mó）塊（kuài）電機共用同一個轉子，模塊電機（jī）包繞式（shì）安（ān）裝在球（qiú）磨機滾筒上。相鄰隨（suí）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行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐（chēng）板,用（yòng）於支撐安裝電（diàn）機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的（de）隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要（yào）沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼（ké）、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（jiāng）定子塊沿徑（jìng）向拉出，進行檢修或更（gèng）換新的定子（zǐ）塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階（jiē）段大多（duō）數的球（qiú）磨（mó）機仍采用三相（xiàng）感應電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅動。永磁同步電（diàn）機（jī）與（yǔ）感應電機（jī）相比優勢是（shì）它有較高的效率和功率因數，損耗大大（dà）降低（dī），節約了能源。永磁電機通過（guò）變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難（nán）。這些也是近年來永（yǒng）磁（cí）電機應用越來（lái）越廣泛的原因。
采用（yòng）永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器（qì）、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直（zhí）驅係統的傳動效率（lǜ）將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不（bú）僅（jǐn）得（dé）到大幅提升，而且直驅係統（tǒng）的故障率（lǜ）低，維護檢修方便，還避免了（le）傳統設備（bèi）因漏油造成環境汙染。
由於（yú）本產品電機定子采（cǎi）用（yòng）了模塊化設計，不僅降低了加工（gōng），製造，運輸等難度（dù），還相當於把一個大功率電機（jī）做成了多個小功率電機。模（mó）塊化電機的控製技術可以實現（xiàn）降（jiàng）低大功率電機（jī）的輸入電壓，但（dàn）是不增加電機的輸（shū）入電流，電機不必采（cǎi）用（yòng）高等級絕緣，模塊化電機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降（jiàng）低了電機的供電電壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降低（dī）成本。球（qiú）磨機運行在輕載工況時,完全可以（yǐ）隻運行部分模塊電機驅（qū）動球磨機。
傳統電機故障時，會（huì）導致電機（jī）合成磁動勢發生畸變，諧波含（hán）量（liàng）增加，平均轉矩下降，轉矩波動（dòng）顯著增加，無（wú）法繼續正常運行。而（ér）本產品進行了模塊（kuài）化設計，每個模塊電機都（dōu）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）電機結構和控製靈活（huó）的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換（huàn）新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘（yú）的模塊數，也可（kě）切除故障（zhàng）子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使（shǐ）用本產品完全不會（huì）因（yīn）電機發生故障而影響到生產工期（qī）。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形（xíng）變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產（chǎn）中常常通過增（zēng）加氣隙大小來預防（fáng）掃膛（táng），而氣隙（xì）增（zēng）大（dà）會導致永磁體用（yòng）量增加，提高電機製造（zào）成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小（xiǎo），減（jiǎn）少永磁體用量，電（diàn）機不會發生掃膛現象，同時因為該隨（suí）動式定子結構在偏心時能（néng）繼續（xù）正常工作，檢（jiǎn）修次（cì）數更少，工作時間（jiān）更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提（tí）高生產（chǎn）效率。
4、隨動（dòng）式球磨（mó）機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨（mó）技術
1、立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，工況適應能（néng）力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻（pín）調速，適應工況能力強。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（sù）適應係統工作環境，係統反應速（sù）度更快。
(2）係統簡單,可（kě）靠性高
傳統係統（tǒng）因三相感應電機無法在低（dī）速實現大轉矩輸出，需要額外的盤（pán）車係統滿足立磨的低速起（qǐ）動（dòng）。為保證在（zài）電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起（qǐ）動裝置。三相感應電機起（qǐ）動後（hòu），通過減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（xì）統控製永磁同步（bù）電機起動，轉矩特性滿足需（xū）要，無需盤車係統和減速器，輔助係（xì）統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起（qǐ）動，起動過程隨意設定
傳統係（xì）統先由（yóu）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（qǐ）動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程（chéng）需要盤車係統，將轉速提高到三（sān）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。變頻控製起動過程可根據實際工（gōng）況進行調整，以（yǐ）滿足各種工（gōng）況的（de）需求（qiú）。低速可過載輸出（chū），滿足起動需要（yào），取代盤車係統。
(4）無（wú）減速（sù）器，維（wéi）護成本更低,維護次數（shù）少
係統（tǒng）各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（mó）減速器（qì）結構複雜需要經常維護，維護（hù）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。直驅係統構成單元簡單，變頻器（qì）控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器（qì），無需額外進行維（wéi）護，係統維（wéi）護成本低。同時，係統（tǒng）可實現在（zài）電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動（dòng）效率高,節能效果明顯
綜上（shàng）采用直驅（qū）永磁電機取代傳統驅動係統年（nián）節電量達181萬元（yuán）。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直（zhí）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（zhí）驅立磨結構示意圖
本新型立磨（mó）結構采用永磁直驅電機驅動,提高（gāo）了立磨效率。在立磨扶正（zhèng）軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替（tì）代（dài）大直徑軸承，方便加工、生產、運（yùn）輸、裝（zhuāng）配（pèi）、維修（xiū），並降低成本,在工程實際中具有（yǒu）很強的實用型。
針對大（dà）、中、小型不同尺寸的立磨，分（fèn）別設計了三種立磨（mó）專用永磁電機，代替傳（chuán）統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位（wèi）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（jiē）省成本。均（jun1）已申請專 利。
永磁直驅礦用（yòng）球磨機 
