1、技術背景
傳統的球磨（mó）機、立磨機大（dà）都采用（yòng）三（sān）相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳（chuán）動係統存在（zài）機械傳動鏈（liàn）冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工（gōng）業大（dà）學電機（jī）與控製技術研究所（suǒ）與河南全新機電設備有限公司聯合設計（jì）研發的球磨（mó）機、立磨機采（cǎi）用永磁直驅電機（jī）,通過將電動機與（yǔ）機械結構進行機電一（yī）體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿（mǎn）足荷（hé）載的需求，省去傳（chuán）統磨機的減速機，顯著提高（gāo）了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當於（yú）把一個大功率電機做成了多個小功率電機（jī）。模塊化電機的控製技術可以實現降低大（dà）功（gōng）率電機的輸入電（diàn）壓，但是不增加電機的輸入電流，電（diàn）機不必采（cǎi）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，這樣設計降低了（le）電（diàn）機的供電電壓和使用的變（biàn）頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統（tǒng），大大提升了電機控製的自由度，球（qiú）磨機運（yùn）行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機（jī）驅動球磨（mó）機。
在結構方麵，本產品電機（jī）的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹（gàn）個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構（gòu）設計，確定了一種無論球磨（mó）機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從（cóng）而保（bǎo）持（chí）定子與轉（zhuǎn）子間隙（xì）恒（héng）定的結構。本產品通過機械結構（gòu）設（shè）計保證（zhèng）定子與轉（zhuǎn）子間（jiān）的（de）間（jiān）隙（xì）恒定，電（diàn）機不會發生掃膛現象，因（yīn）此電機的氣隙可以設計的（de）比普通永磁直驅（qū）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（jiē）約稀（xī）土資源，節能用電量。當模（mó）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（zhèng）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（mó）機專用隨動式永磁直驅電（diàn）機概述
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，定子塊就像汽（qì）車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在（zài）公路行駛，公路（lù）的起伏（fú）不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心（xīn）浮（fú）動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨（mó）機因裝（zhuāng）配誤差（chà）、軸承磨（mó）損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣（qì）隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子（zǐ）與轉子間的間隙也可以做的更（gèng）小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電（diàn）機不會發生掃膛現象。
本產（chǎn）品電機的定子為隨動式結構,基（jī）於模塊化永磁直驅電機，采（cǎi）用獨立的（de）扇形定子塊（kuài）結構（gòu），其隨動原理是在定子塊的軸向（xiàng）兩（liǎng）側安裝滾輪且（qiě）滾輪貼合滾（gǔn）筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外（wài）側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球（qiú）磨機（jī）滾筒不偏心時處於（yú）半壓縮狀態,如果球（qiú）磨機滾（gǔn）筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上（shàng）安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈（dàn）性機構繼續（xù）壓縮;下方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向（xiàng）上頂，保證下方定子塊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（yuán）周方（fāng）向的移動，從而保（bǎo）證定子、轉（zhuǎn）子之（zhī）間的（de）間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續（xù）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，彈性機構將上方（fāng）其向下壓,下方定子（zǐ）塊被轉筒（tǒng）向下壓。
本產品彈性裝置的壓（yā）力大小可調，對於不同位置的定子塊設（shè）置（zhì）不同的壓力,避免因彈（dàn）性裝（zhuāng）置設（shè）置（zhì）的壓力過大造成滾（gǔn）輪或（huò）轉筒磨損較快（kuài）。
本（běn）產品將永磁電機采用模塊（kuài）化（huà）控製，根據不同功率（lǜ）的電機設計采用不同個數（shù）的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台（tái）整圓電機（jī）由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾（gǔn）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行（háng）圓周方（fāng）向（xiàng）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。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿（yán）球磨機的徑向依次拆卸（xiè）密封外（wài）殼、彈性（xìng）機（jī）構、彈性機構（gòu）與定子塊之間的連接杆、彈性（xìng）機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換（huàn）新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電（diàn）機（jī）驅（qū）動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用（yòng）三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步（bù）電機與感應電機相比優勢是它有較高的（de）效率和功率因數，損耗大大降低（dī），節約了能源。永磁電機通（tōng）過變頻（pín）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（kùn）難（nán）。這（zhè）些也是近年來永磁（cí）電機應用（yòng）越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅（qū），取消了（le）中間（jiān）的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直（zhí）驅（qū）係統的傳動效率將提升至少20%。球磨（mó）機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且（qiě）直驅係統的故障率低，維護檢（jiǎn）修方便，還避免了傳統設備因漏油造（zào）成環境（jìng）汙染。
由於本產品電機定子采用了（le）模（mó）塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還（hái）相（xiàng）當於把一個大功率電機做成了多個小功率（lǜ）電機。模塊化電機的控製（zhì）技術可（kě）以實現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電（diàn）機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電。這樣設計降低（dī）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）,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機（jī）。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁（cí）動（dòng）勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增（zēng）加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設（shè）計（jì），每（měi）個（gè）模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製係統，大大提升了電（diàn）機控製的（de）自由度,可以利用其多電機結構和控製靈（líng）活的優勢，在發生故（gù）障時。可以直接拆（chāi）卸（xiè）故（gù）障（zhàng）電機更（gèng）換新（xīn）的模（mó）塊電機即可正常運（yùn）行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而（ér）控製其餘正常子模塊（kuài）降（jiàng）額運（yùn）行。使用本產品完全不會（huì）因（yīn）電機發生故障而（ér）影響（xiǎng）到生產工期。
球磨機因加（jiā）工誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變或（huò）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（huì）造成（chéng）電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通（tōng）過增（zēng）加氣隙大小來預防掃（sǎo）膛（táng），而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機（jī）製造成本。隨動式定子結構的（de）模塊電機，能在轉筒（tǒng）偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒（héng）定，可將氣隙做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，電機不（bú）會發生（shēng）掃膛現（xiàn）象，同時因（yīn）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，大體積球磨機檢修複雜，降低（dī）檢修次（cì）數就是提高生產（chǎn）效率。
4、隨動式球磨機裝配示意（yì）圖
二（èr）、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統（tǒng）感應電機的優（yōu）點( 1）變頻調速（sù）控製（zhì），實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適（shì）應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改（gǎi）變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速（sù），適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外（wài），還增加了速度調節以快速適應係統工作環境（jìng），係統反應速度更快。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠（kào）性高
傳統係統因三相感應電機無（wú）法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立（lì）磨的低速起動。為保證在電（diàn）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（diàn）機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需（xū）要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多（duō）。直驅係統由變頻控（kòng）製（zhì）係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，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
傳統係統先（xiān）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（zhì）起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實（shí）現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉（zhuǎn）速提（tí）高到三相感應電機起動條件。直（zhí）驅係統直接變頻低速起動（dòng），係統直接運行，係統控製（zhì）簡（jiǎn）單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿（mǎn）足各種工況的（de）需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無（wú）減速器，維護（hù）成本更低,維護次數少
係統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（tóng）時立磨減速器結構複雜需要經（jīng）常維護，維（wéi）護（hù）成本費（fèi）用（yòng）高（gāo）。同（tóng）時係統（tǒng）無法實現在低速運（yùn）行的情（qíng）況下進行（háng）係統（tǒng）維護（hù）。直驅係（xì）統構成單元簡單，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，無需額外（wài）進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現（xiàn）在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率（lǜ）高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統（tǒng）年節電（diàn）量達181萬元（yuán）。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢（shì）與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述（shù）。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本（běn）新型（xíng）立磨結構采用永磁直驅（qū）電（diàn）機驅動,提（tí）高了（le）立磨效率（lǜ）。在立磨扶（fú）正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種（zhǒng）雙向載荷扇形模塊機構替代（dài）大直徑軸承，方便加工、生（shēng）產、運輸、裝配、維（wéi）修，並降低成本,在工程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（bié）設計了三種立磨專用永磁電機（jī），代替傳統的減速機與三（sān）相異步電動機，永磁（cí）直驅電機具（jù）有雙向載荷機構（gòu）與不同的放置（zhì）位置，均能達到扶正與承壓的作用，並（bìng）且方便（biàn）製造、裝配維護，節省成（chéng）本。均已申請專（zhuān） 利。
永磁直驅礦用球磨機（jī） 
