1、技（jì）術背景
傳統的球（qiú）磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗（rǒng）長、效率低、機構複雜、運（yùn）行維護工作量大等問題。
沈陽（yáng）工業大學電機與控製技術研究（jiū）所與河南全新機電設備有限公司（sī）聯合設計研發的球磨機、立（lì）磨機采用永磁直驅電機,通過將（jiāng）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（mǎn）足荷載的需求，省去傳統磨（mó）機的減速機，顯著提高了（le）電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉（zhuǎn）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（diàn）機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製（zhì）造、運輸等（děng）難度，還相當於把一個大功率電機做成（chéng）了多個小功率電機。模塊化（huà）電機的控製技術可以實現降低大功率（lǜ）電機的輸入電壓，但是不增加電機（jī）的輸入電流（liú），電（diàn）機不必采用高等級絕緣。模塊化（huà）電機采用多台小功率變頻器（qì）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（qì）容量，從而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係統（tǒng），大大提升了電（diàn）機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時（shí），完（wán）全可以隻運行部分模塊電機驅（qū）動球磨機（jī）。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主（zhǔ）設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊（kuài），通過機（jī）械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子（zǐ）塊始終跟隨轉（zhuǎn）筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構（gòu）設計保證定子與轉子間的間隙（xì）恒定，電機不會發生掃膛（táng）現象，因此電機的氣隙可以設計（jì）的比普通永磁直驅（qū）電機的小很（hěn）多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生（shēng）產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故（gù）障（zhàng）電機，更換新的（de）模塊電機即可正常運行（háng）。使用本產品（pǐn）完全不會因電機發生（shēng）故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永（yǒng）磁直驅電機（jī）概述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小（xiǎo）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於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響（xiǎng）滾輪貼合滾筒（tǒng），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（jun1）勻時（shí），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。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且（qiě）因為隨動式結構，電機不會（huì）發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式（shì）結構,基於模塊化永磁（cí）直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定（dìng）子塊的軸向兩側安裝滾輪（lún）且滾輪貼合滾（gǔn）筒來確定（dìng）定子與轉子間的間隙，定子塊徑向（xiàng）外側設有與支（zhī）撐（chēng）框架相連的彈性機（jī）構。彈性機構（gòu）在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮（suō）狀態,如（rú）果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊（kuài）向上移動，上方彈性機構繼續（xù）壓縮;下（xià）方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向上的（de）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（tiē）合轉筒外表麵（miàn），使定子塊跟隨（suí）轉筒波動而（ér）進行徑向與圓周（zhōu）方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不（bú）變。球磨（mó）機滾筒向下複位或繼續向下波（bō）動（dòng），則（zé）上方定子塊（kuài）在受到（dào）永磁（cí）體對其向下的吸（xī）引力的同時，彈性（xìng）機構將上方其向下（xià）壓,下方定子（zǐ）塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓（yā）力大小可調，對（duì）於不同位置的定子塊設置不（bú）同的壓力,避免因彈性裝置（zhì）設置的壓力過大（dà）造（zào）成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊（kuài）化控製，根據不同功率的電機設計采用（yòng）不同個數的隨動式定子塊構成一台（tái）模塊電（diàn）機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用（yòng）同一個轉子，模塊電機包繞式安（ān）裝在球磨機滾筒上。相（xiàng）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（háng）圓周方向的限位。球（qiú）磨機滾筒的法蘭處銜接T型支（zhī）撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心（xīn）及（jí）磁鋼。
本（běn）產品的隨動式定子（zǐ）塊安裝拆卸（xiè）十分便捷（jié），隻（zhī）需要沿球磨機的徑向依次（cì）拆卸密（mì）封（fēng）外殼（ké）、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接（jiē）杆、彈性機構支撐架，即（jí）可將定子塊沿徑向拉出，進行檢（jiǎn）修或更換新的（de）定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨（mó）機的電機驅動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感（gǎn）應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結（jié）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（gāo）的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應（yīng）電機則（zé）起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應（yīng）用越來越廣泛的原因。
采用永磁直（zhí）驅，取消（xiāo）了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的（de）傳（chuán）動鏈（liàn），直驅（qū）係統（tǒng）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僅（jǐn）得（dé）到大幅提升，而（ér）且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油（yóu）造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低（dī）了加工，製造，運輸等（děng）難度，還相（xiàng）當（dāng）於把一個（gè）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，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合（hé）供（gòng）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。球磨機運行在輕載工況時,完全可（kě）以隻運行部分模塊電（diàn）機（jī）驅動球磨機。
傳統電機（jī）故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含（hán）量增（zēng）加，平均（jun1）轉矩下降，轉矩（jǔ）波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了（le）模塊化設計，每個模（mó）塊電機都具有一（yī）套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行（háng）。模（mó）塊化電（diàn）機具有冗餘的模塊數，也可切除（chú）故障子模塊而控製其餘正（zhèng）常子模（mó）塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障（zhàng）而影響到（dào）生產工期。
球磨機（jī）因加工誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變（biàn）或重載產生震動等因素會發生轉子偏心（xīn）現（xiàn）象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛（táng）損壞電機，實際生產中（zhōng）常常通過增加氣隙大小來預防掃（sǎo）膛，而氣隙增大會導致永磁（cí）體用量增加，提高（gāo）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（bǎo）證定子與轉子（zǐ）之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現（xiàn）象，同時（shí）因為該隨動式定子結構在偏心時（shí）能繼續（xù）正常工作，檢修（xiū）次數更少，工作（zuò）時間更長（zhǎng），大體積球磨機檢修複雜，降低檢（jiǎn）修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖（tú）
二、永（yǒng）磁直驅立磨技術
1、立磨（mó）直驅對比於傳（chuán）統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多（duō）樣性
傳統立（lì）磨速度單一，工況（kuàng）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（fǎn）應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應（yīng）工況能力強（qiáng）。遇到突發（fā）事件，除調整磨輾高度外，還增加了（le）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（dà）轉矩輸（shū）出，需要額（é）外的盤車係統滿足（zú）立磨的低速起動（dòng）。為保證在電機起動過程不對電（diàn）網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相（xiàng）感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需（xū）要，整（zhěng）個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩（jǔ）特性滿足需要，無需（xū）盤車係統（tǒng）和減速器，輔助係統少，結構簡單（dān）。
(3）變（biàn）頻器軟（ruǎn）起動，起動過程隨意設（shè）定
傳（chuán）統係統先由低速盤車係（xì）統起（qǐ）動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起（qǐ）動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜（zá），低速無法實現過載輸出。在低（dī）速過程需要盤車係統，將轉（zhuǎn）速提高（gāo）到（dào）三相感（gǎn）應電機起動條（tiáo）件。直驅係統直接變頻低速（sù）起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻（pín）控製起動過程可根據實際（jì）工況進行調整，以滿足（zú）各種工（gōng）況的需求（qiú）。低速可過載輸出，滿足起（qǐ）動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更（gèng）低,維護次數（shù）少（shǎo）
係統各構成單元均需要時常檢查和定（dìng）期維護（hù），傳統係統構成單元多。同時立磨減速器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下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，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，無需額外進行維護，係統維（wéi）護成本（běn）低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維（wéi）護。
(5）傳（chuán）動效率高,節能效果明顯
綜上采用直（zhí）驅永（yǒng）磁（cí）電機取代傳統驅（qū）動（dòng）係（xì）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（zhí）驅係（xì）統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁（cí）直驅電機驅動,提高（gāo）了（le）立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通（tōng）過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大（dà）直徑軸承，方便加工、生（shēng）產（chǎn）、運輸、裝配、維修，並降（jiàng）低成本,在工程實際中具（jù）有很強的（de）實用型。
針對大、中、小型不（bú）同（tóng）尺寸的立磨，分別設計了三種立（lì）磨專用永磁電機，代（dài）替傳統的減速機與三相（xiàng）異步電（diàn）動機，永磁直驅電機具（jù）有雙向載荷（hé）機構與（yǔ）不同的放置位（wèi）置，均能達到扶正與承（chéng）壓的作用，並且方便製造、裝配維護（hù），節省成（chéng）本（běn）。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
