1、技術背景
傳統的球磨機、立（lì）磨機大都采用三（sān）相異步電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨（mó）機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長（zhǎng）、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題（tí）。
沈陽工（gōng）業大學電機與控製技術研究所與河南全新機電設備有限公司聯合設計（jì）研發的球磨機、立磨機采（cǎi）用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結（jié）構進行機電一（yī）體化（huà）設計，取消動力傳輸（shū）的中間環節，做成（chéng）直驅方案，能直接滿足荷載（zǎi）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，具有節能、起動轉矩大（dà）、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵（miàn）,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、運輸等難度，還相當於把一個大功（gōng）率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機（jī）的控（kòng）製（zhì）技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，電機不必（bì）采用高等級（jí）絕緣。模塊化電機采（cǎi）用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機（jī）的供電電壓和使用的變（biàn）頻器容量，從而降低（dī）成本。每（měi）個模塊電機（jī）都具有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（háng）在輕載工況時，完全可以（yǐ）隻運行部（bù）分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用（yòng）了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定（dìng）子分（fèn）成若（ruò）幹個相互存在間（jiān）隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種（zhǒng）無論球磨機轉筒是否震（zhèn）動（dòng）或偏心，定子塊（kuài）始終跟隨轉筒運（yùn）動從而保持定子與轉子（zǐ）間隙恒定的結構（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（bú）會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，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（jiē）能用電量。當模塊發生故障時（shí），直接拆卸（xiè）故障電機，更換新的模塊電（diàn）機即可正（zhèng）常運行。使（shǐ）用本（běn）產品完全不會因（yīn）電（diàn）機（jī）發生故障而影響到生（shēng）產工期。
2、球磨機專用隨動式（shì）永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定（dìng）子結（jié）構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相（xiàng）當於（yú）汽車在（zài）公路行駛，公路的（de）起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪（lún）貼合滾筒，保（bǎo）證定子（zǐ）、轉子間隙恒定，在球（qiú）磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變、重載震動等原因造成電機偏心（xīn）、氣隙不均（jun1）勻時，仍能正常運轉，保證磨（mó）機始終運（yùn）行在性能狀態，不（bú）必（bì）停機檢修。同（tóng）時電機定子與轉子間的間（jiān）隙也可以做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構（gòu）,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（dòng）原理是在定子塊的軸向兩側安裝（zhuāng）滾輪且滾輪貼（tiē）合滾筒（tǒng）來確定（dìng）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機（jī）構。彈性（xìng）機構在球磨機（jī）滾（gǔn）筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨（mó）機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝（zhuāng）的滾輪，進而帶動定子塊向上移動（dòng），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的吸引力的同時（shí），定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子（zǐ）塊的滾（gǔn）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周方向的移動，從而保證定（dìng）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（shàng）方（fāng）定子塊在受到永磁體對其（qí）向下的吸引力的同時，彈性（xìng）機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈（dàn）性（xìng）裝（zhuāng）置的壓力大（dà）小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈（dàn）性裝置設（shè）置（zhì）的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采（cǎi）用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定（dìng）子（zǐ）塊構成（chéng）一台（tái）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（gòng）用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰（lín）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圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜（xián）接（jiē）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（dìng）子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要（yào）沿球磨機的徑向依（yī）次拆卸（xiè）密封（fēng）外殼、彈性機構（gòu）、彈性（xìng）機（jī）構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架（jià），即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的（de）電機驅動（dòng）係統的優點
現階段大多數的球磨機仍（réng）采用三相感應電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永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（sǔn）耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩（wěn），係統響應速度快，感應（yīng）電機則起（qǐ）動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛（fàn）的原因（yīn）。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器（qì）、及齒輪的傳動環節，縮短係（xì）統的傳動鏈，直驅係統（tǒng）的傳動（dòng）效率（lǜ）將提升至少20%。球（qiú）磨機直（zhí）驅（qū）係統的傳動效率不（bú）僅得到大幅提升，而且直（zhí）驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了（le）傳統設備因漏油造成環境（jìng）汙染。
由於本產品電機（jī）定子采用了模塊化設計（jì），不僅降低了（le）加工，製造，運輸等（děng）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。模塊化電機的控製技術可以實（shí）現降（jiàng）低（dī）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（děng）級絕緣，模塊化電機采用（yòng）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量，從而降低成本。球磨機運行在輕（qīng）載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合（hé）成磁動勢發生（shēng）畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯（xiǎn）著增加，無法繼續正常運行。而本產品（pǐn）進（jìn）行了模塊化設計，每個（gè）模塊電機（jī）都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控（kòng）製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故（gù）障電機（jī）更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電（diàn）機具有冗餘的模塊數，也可切除（chú）故（gù）障子模塊而控製其餘正常（cháng）子模塊降額運行。使用本產品完全（quán）不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會（huì）發生轉子偏心現象，偏心嚴重（chóng）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隙大（dà）小（xiǎo）來預防掃膛（táng），而氣隙增大會導致永磁體（tǐ）用量增（zēng）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，減少永磁體用量，電機不會發生（shēng）掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢（jiǎn）修複雜，降低檢修次數就是（shì）提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖（tú）
二、永磁直驅（qū）立磨（mó）技術
1、立（lì）磨直驅對比於傳統感應電機的（de）優點( 1）變頻（pín）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（yù）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（dù）慢。永磁同（tóng）步電機采用變頻調速，適（shì）應工況能力強。遇到突發事（shì）件，除調整磨輾高度（dù）外，還增加了速度調（diào）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（yīn）三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額（é）外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為（wéi）保證在電機起動過程不對電網造成（chéng）過大的衝擊，需增（zēng）加軟起動裝置。三（sān）相感應電機起動後，通（tōng）過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係（xì）統運行（háng）的輔助設備很多。直驅係統由（yóu）變頻控製係統控製（zhì）永磁同（tóng）步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻（pín）器軟起動，起動過程隨意（yì）設（shè）定（dìng）
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三（sān）相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電（diàn）機，係統（tǒng）運行。係統控製複雜（zá），低速無法實現過載輸（shū）出。在低速（sù）過程需要盤車係統，將轉速提高（gāo）到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行（háng），係統控製簡單。變頻控製（zhì）起動過程可根據（jù）實際工況進行調整，以滿足各（gè）種工況的需求。低速可（kě）過載輸出，滿足起動需（xū）要，取代盤車係統。
(4）無減速（sù）器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維（wéi）護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器（qì）結構複雜需要經（jīng）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下進行係統維護。直（zhí）驅係（xì）統構成單（dān）元簡單，變頻器控製（zhì）永磁同步電機直接驅動（dòng），控製方便（biàn）。係統內無減速器，無需額外進行維護（hù），係統維護成本低。同（tóng）時，係統可實現在電機低速運行情況下進（jìn）行係（xì）統（tǒng）維護。
(5）傳動效率高,節能效（xiào）果明（míng）顯
綜上采用直驅永磁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（zhí）驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承（chéng）上（shàng）進行突破，通過設（shè）計（jì）一種（zhǒng）雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成（chéng）本（běn）,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（lì）磨，分別設計了三種立（lì）磨專用永磁（cí）電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁（cí）直驅電機（jī）具有雙向載荷機構與不同的放置（zhì）位置，均能（néng）達到扶正與承壓的作用，並且方便（biàn）製造、裝配維護，節省成（chéng）本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
