1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動（dòng）機、聯軸器（qì）、減（jiǎn）速裝置（zhì）以（yǐ）及齒輪結構進行（háng）驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗（rǒng）長、效率低、機構（gòu）複雜、運（yùn）行維護工（gōng）作量大等問題。
沈陽工業（yè）大學電（diàn）機（jī）與控製技術研究所與河南（nán）全新（xīn）機電設備有限公司聯合設計研發的球磨（mó）機、立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，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯（xiǎn）著提高了電機的效率與功率因數，具有（yǒu）節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自（zì）動化（huà）程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定（dìng）子采用了模塊化設（shè）計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當（dāng）於把一個大功率電機（jī）做成（chéng）了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可（kě）以實現（xiàn）降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（jué）緣。模塊（kuài）化電機（jī）采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電，這樣設（shè）計（jì）降低了電機的供（gòng）電電（diàn）壓和使用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。每個模（mó）塊電機都具有（yǒu）一套獨立的控製係統，大大提（tí）升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工（gōng）況（kuàng）時，完（wán）全可以隻運行部分模塊電機驅動球（qiú）磨機。
在結構方（fāng）麵，本產（chǎn）品電機的定子采用（yòng）了一種自主設（shè）計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若（ruò）幹個相互存在間隙的（de）小扇（shàn）形塊（kuài），通過機（jī）械結構設計，確定了（le）一種（zhǒng）無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始（shǐ）終跟隨轉筒運動從而（ér）保持定子與轉子間隙恒定的（de）結構（gòu）。本產品通過機械結構設計保證定子與（yǔ）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（de）比普通永磁直驅電（diàn）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（tǔ）資源，節（jiē）能用電量。當（dāng）模塊發（fā）生故障時，直接拆卸故障（zhàng）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（yīn）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機概述（shù）
本（běn）產品的（de）隨動（dòng）式定子結構構成一種“小車結（jié）構”，滾（gǔn）筒就像公（gōng）路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋（xuán）轉（zhuǎn）相當於汽（qì）車在公（gōng）路（lù）行駛，公路的起伏不影響車輪（lún）與地麵貼合，即滾筒（tǒng）偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配（pèi）誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載（zǎi）震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運（yùn）轉，保證磨機始終運行在（zài）性能狀態，不必停機檢修。同時（shí）電機定（dìng）子與轉子間的（de）間隙也可以做的更小，減（jiǎn）少永磁體（tǐ）用量，並且因為隨動式結構，電（diàn）機不會發生掃膛現象。
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，采用獨立的扇形定子塊結構，其（qí）隨動原理是在定子塊的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（xì），定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構（gòu）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（shàng）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移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上（shàng）的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定（dìng）子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的（de）移動，從而（ér）保證定子、轉子之間（jiān）的間隙不變。球磨機滾（gǔn）筒向下複位或繼續向下（xià）波動，則上方定子塊在受到（dào）永（yǒng）磁體對其向下的吸引力（lì）的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小（xiǎo）可調，對於不（bú）同位置的定子（zǐ）塊設置不（bú）同的壓力,避免因彈（dàn）性裝置設置（zhì）的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將（jiāng）永（yǒng）磁電機（jī）采用模塊化控製（zhì），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（gòu）成一台模塊電機，一台整圓電（diàn）機由多台模塊電機構成（chéng）,多台模塊電機共用同一個轉子，模（mó）塊電機包繞式安裝（zhuāng）在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐（chēng）框架上的擋板來對定子塊（kuài）進行圓周方向的限位（wèi）。球磨機（jī）滾筒的法蘭（lán）處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉（zhuǎn）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（kuài）之間的連接杆、彈性機構（gòu）支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定（dìng）子塊。
3、采用本產品（pǐn）代（dài）替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段（duàn）大多數的球磨機仍（réng）采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行（háng）驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有（yǒu）較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約（yuē）了能源。永磁（cí）電（diàn）機通過變頻（pín）器進行調速，電機運行平穩，係（xì）統響應（yīng）速度快，感應（yīng）電機則起動相對困（kùn）難。這些也是近年來永磁電機應用越（yuè）來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節（jiē），縮短係統的傳（chuán）動鏈，直（zhí）驅係（xì）統的傳動效率將（jiāng）提升至少20%。球磨機直（zhí）驅係統的（de）傳動效率（lǜ）不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率（lǜ）低，維護檢（jiǎn）修方便，還避（bì）免了傳統設備（bèi）因漏油造成環境汙染。
由於本產品（pǐn）電機定子采用了模（mó）塊化設計，不僅降（jiàng）低了加（jiā）工，製造，運輸等（děng）難度，還相當於把一個大（dà）功率電機做（zuò）成了多個小功（gōng）率電機。模塊化電機的控製技（jì）術可以實現降低大功率電機的（de）輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電（diàn）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。這樣（yàng）設計降低（dī）了（le）電機的供電電壓和使用的（de）變頻器容量，從而（ér）降低成本。球磨機運行在（zài）輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機驅（qū）動球磨機（jī）。
傳統電機（jī）故障時，會導致電機合成（chéng）磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動（dòng）顯著（zhe）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（yī）套（tào）獨立的控製係（xì）統，大大提（tí）升了電（diàn）機控製的自由度,可以利用其（qí）多電機結構和（hé）控（kòng）製靈活的優勢，在發生故障時。可以（yǐ）直接拆卸（xiè）故障電機更換（huàn）新的模（mó）塊電機（jī）即可正常運行。模塊化電機具有（yǒu）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（yòng）本產品完全不會因電機發生（shēng）故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣（qì）隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量（liàng）增加，提高電（diàn）機製造成本（běn）。隨動式定（dìng）子結構的模塊電（diàn）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（gèng）小（xiǎo），減少永磁體（tǐ）用（yòng）量，電機不會發生掃膛（táng）現象，同時因為該隨（suí）動式定子結（jié）構在偏心時能繼（jì）續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨（mó）機（jī）檢（jiǎn）修複雜，降低（dī）檢修次數就是提（tí）高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨（mó）技術
1、立磨直驅對比於傳統感應（yīng）電機的優點（diǎn）( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單（dān）一，工況適應能力差。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（yīng）速度慢。永磁同（tóng）步電（diàn）機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件（jiàn），除調整磨輾高度（dù）外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，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實現大轉（zhuǎn）矩輸出，需要額外的盤車（chē）係統滿足立磨的低速（sù）起動。為保證在電機起動（dòng）過程不對電網造成過大的衝擊（jī），需增加軟（ruǎn）起動裝置。三相感應電機起動（dòng）後，通過減速器滿足係統轉矩（jǔ）需要，整個係統構成複雜，係統（tǒng）運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁（cí）同步電機（jī）起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助（zhù）係統少（shǎo），結（jié）構簡單。
(3）變頻器軟起動，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（qǐ）動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要（yào）盤車係統，將轉速提高到三（sān）相感應電機起動條（tiáo）件。直驅（qū）係統直接變頻低速起動（dòng），係統（tǒng）直接運行，係統（tǒng）控製（zhì）簡單。變頻控（kòng）製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足（zú）各種工況的需求。低速可過載（zǎi）輸出，滿足起動需要，取（qǔ）代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數（shù）少
係統各構成單元（yuán）均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單（dān）元多。同（tóng）時立磨減速器（qì）結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況（kuàng）下進行係統維護。直驅係統（tǒng）構成單元（yuán）簡單（dān），變頻器控製永磁同步電（diàn）機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機（jī）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（qū）係統的優勢與球磨（mó）機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁（cí）直驅立磨結構示意圖
本新型立磨（mó）結構（gòu）采用永磁直驅電機（jī）驅動（dòng）,提高了立磨效率。在立磨扶（fú）正軸承（chéng）與壓力軸承上進行突（tū）破，通過設（shè）計一種雙向載荷（hé）扇形模塊機構替代大直徑軸（zhóu）承，方便加（jiā）工、生產、運輸（shū）、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，分別設計了三種立磨專用永磁電機（jī），代替傳統的減速（sù）機與（yǔ）三（sān）相異步（bù）電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放（fàng）置位置（zhì），均能達（dá）到扶正與承壓的作用，並且方（fāng）便製造、裝配維護，節省成（chéng）本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用（yòng）球磨機 
