1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結（jié）構進行驅動，導致球磨機的傳動（dòng）係（xì）統存在機械傳動鏈（liàn）冗長（zhǎng）、效率低、機構複雜、運行維護工作量大（dà）等問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研（yán）究所與河南全新機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構（gòu）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（fāng）案，能直接（jiē）滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提（tí）高了電（diàn）機的效率與功率因數，具有節能（néng）、起（qǐ）動轉矩大、過載能力強、係（xì）統免維護、自動（dòng）化（huà）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（jiàng）低了（le）加工、製造、運輸（shū）等難度（dù），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（gōng）率電機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必（bì）采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電，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（shēng）了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部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了一種自主設計研發的隨動式（shì）結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無（wú）論球磨機轉筒（tǒng）是（shì）否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從（cóng）而保（bǎo）持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機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（xiàn）象，因此電機的氣隙可以設計的比普（pǔ）通永磁直驅（qū）電機的小（xiǎo）很多，從而大幅降（jiàng）低電機永磁體用量，降低生（shēng）產成本，節（jiē）約稀土資源，節（jiē）能用電量。當模塊發生故障時，直接拆（chāi）卸故障電（diàn）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（yǐng）響到生產工期。
2、球磨機（jī）專用隨動式永磁直驅電（diàn）機概述（shù）
本（běn）產品的隨動式定子結構構成一種“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當（dāng）於汽車在公路行駛，公（gōng）路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏（piān）心浮動不影響（xiǎng）滾輪（lún）貼（tiē）合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能（néng）正常運轉，保（bǎo）證磨機始終運行（háng）在性能狀態，不必停機檢修。同時電機（jī）定子（zǐ）與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁（cí）體（tǐ）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（suí）動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采（cǎi）用獨立的（de）扇形定子塊結構，其隨動原（yuán）理是（shì）在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合（hé）滾筒來確定定子與轉子間的間（jiān）隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性（xìng）機（jī）構。彈性機構在球（qiú）磨機滾筒不（bú）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（shòu）到永磁體對其向上的吸引力的（de）同時，定子塊上的（de）彈性機構將其向上頂，保證下方定（dìng）子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊（kuài）跟隨轉筒波動而進行徑（jìng）向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨（mó）機滾（gǔn）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，彈性機構將上（shàng）方（fāng）其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性（xìng）裝（zhuāng）置的壓力大小（xiǎo）可（kě）調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力（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式定子塊（kuài）構成一台（tái）模塊電機，一台整圓電機由多台模塊（kuài）電機構成,多台模塊電機共用同一個（gè）轉子，模塊（kuài）電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。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（kuài）進（jìn）行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法（fǎ）蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安（ān）裝電機轉子（zǐ）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（wài）殼、彈（dàn）性機（jī）構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即（jí）可將定子塊沿徑向（xiàng）拉出，進行檢修或更（gèng）換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點（diǎn）
現階段大多數的（de）球磨機仍采（cǎi）用三相（xiàng）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（yǔ）感應電（diàn）機（jī）相比優勢是它有較高的效率和功率因數（shù），損（sǔn）耗大大降低，節約了能源。永（yǒng）磁電機通過（guò）變頻（pín）器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度（dù）快，感應電機則起動相對困難。這（zhè）些也是近年來永磁電機（jī）應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中（zhōng）間的減速（sù）機、聯軸器、及齒輪的傳動環（huán）節，縮短係統的傳動鏈，直驅（qū）係統的（de）傳動效率將提升至（zhì）少20%。球磨機直驅係統的傳（chuán）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（tǒng）設備因漏油造成環境汙（wū）染。
由於本產（chǎn）品電（diàn）機定子采用了模塊化設（shè）計，不僅降低了加（jiā）工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小（xiǎo）功率（lǜ）電機。模塊化（huà）電機的控製技（jì）術可以實現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（děng）級（jí）絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓（yā）和使用的變頻器容量（liàng），從而降（jiàng）低成本。球磨機運行在輕載工況時,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（jī）合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均（jun1）轉矩下降，轉矩波動顯著增（zēng）加（jiā），無法繼續正常運行。而本（běn）產品進行了模塊（kuài）化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大（dà）大提（tí）升了電機控製的自由度,可以利（lì）用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發（fā）生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模（mó）塊而控製其餘正常子（zǐ）模塊（kuài）降額運行。使用本（běn）產品完全（quán）不會因電機發生故障而影響（xiǎng）到（dào）生產工期（qī）。
球磨機因加工（gōng）誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素（sù）會（huì）發（fā）生轉子偏心（xīn）現象，偏心嚴重時還（hái）會（huì）造成電（diàn）機掃膛損壞電（diàn）機，實際生產（chǎn）中常（cháng）常通（tōng）過增加氣隙大小來預防（fáng）掃膛（táng），而氣隙增大會導致永磁（cí）體用量增加（jiā），提（tí）高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時（shí）保證定（dìng）子與轉子之間的間隙恒（héng）定，可將氣（qì）隙做（zuò）的更小，減少（shǎo）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（jié）構在偏心時能繼續正常工作，檢修次（cì）數更少，工作時間更長，大體積（jī）球磨機檢（jiǎn）修複雜，降低檢修次數就是提（tí）高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立（lì）磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點（diǎn）( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣（yàng）性（xìng）
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事（shì）件，調整磨鞮（dī）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（diào）速，適應工況（kuàng）能力（lì）強。遇到突發事件，除調整磨（mó）輾（niǎn）高（gāo）度外，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（gèng）快。
(2）係統簡單（dān）,可靠性高
傳統係（xì）統因三相感（gǎn）應電機無法在低速實現大轉矩輸出（chū），需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對（duì）電網造成過大的衝擊，需增加軟起動（dòng）裝置。三相感應電機起動（dòng）後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個（gè）係統構（gòu）成複雜，係統運（yùn）行的輔助設備很多。直驅係統由（yóu）變頻控製係統控製（zhì）永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需（xū）要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單（dān）。
(3）變頻器軟起動，起動過（guò）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動條件後（hòu），軟起動裝（zhuāng）置（zhì）起動（dòng）三相感應電機（jī），係統（tǒng）運行。係統控製複雜，低速（sù）無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高（gāo）到三相感應電機（jī）起動條件。直驅係統（tǒng）直接變頻低速起動，係統直（zhí）接運行，係統控製簡單（dān）。變頻控製起動過程可根據實際工況進（jìn）行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係（xì）統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各（gè）構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統（tǒng）係統構成單元多。同時立磨（mó）減速器結構複雜需要經常維護，維護成（chéng）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（tǒng）構成單元簡單（dān），變頻器控（kòng）製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器（qì），無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係（xì）統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動（dòng）效（xiào）率高,節能效果（guǒ）明顯
綜上采用直驅永磁電（diàn）機取代傳（chuán）統驅（qū）動係統年節電量達181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機（jī）直（zhí）驅係統的優勢與球磨機直驅係統相（xiàng）同，這裏不（bú）再一—贅述。
2、永磁直驅立（lì）磨結構示意圖
本新型立磨結構采（cǎi）用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與（yǔ）壓力軸（zhóu）承上進行突（tū）破，通過設計（jì）一種雙向（xiàng）載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生（shēng）產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成（chéng）本（běn）,在（zài）工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小（xiǎo）型不同尺寸的立磨，分（fèn）別設計（jì）了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動（dòng）機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省（shěng）成本。均（jun1）已申請專 利（lì）。
永磁直驅礦用球磨機 
