1、技術背景
傳統的球（qiú）磨機、立磨（mó）機大都采用（yòng）三相異步電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進（jìn）行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低（dī）、機構複雜、運行（háng）維護（hù）工作量大等問題。
沈陽（yáng）工業大學電機與控製技術研究所（suǒ）與河南全新機電設備有限（xiàn）公司聯合設（shè）計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機（jī）,通過將電動機與機械結構進行機電一（yī）體化（huà）設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直（zhí）驅方案（àn），能直接滿足荷（hé）載（zǎi）的需求，省去傳統磨機的減（jiǎn）速機，顯著（zhe）提高了電機的效（xiào）率與（yǔ）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（jǐn）降低（dī）了加工、製造、運輸等難度，還（hái）相（xiàng）當（dāng）於把一（yī）個大功率電機做成了多（duō）個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低（dī）大功率電機的輸入電壓，但是不增加（jiā）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（diàn）壓和使用的變頻器容（róng）量（liàng），從而降低成本。每個模（mó）塊電機都（dōu）具有（yǒu）一套獨立（lì）的控製（zhì）係統，大大提升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（mó）機。
在結構方麵，本產品電機（jī）的定（dìng）子采用了（le）一種（zhǒng）自主設（shè）計研發的隨（suí）動（dòng）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，通（tōng）過機械結構設計，確定了一（yī）種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定（dìng）子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定（dìng）子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證（zhèng）定子與轉子間的間隙恒定，電機（jī）不會發生掃（sǎo）膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通（tōng）永磁直（zhí）驅電機的小（xiǎo）很多，從而（ér）大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當（dāng）模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新（xīn）的模塊電機即可正常運行。使用本產（chǎn）品完全不會（huì）因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨（suí）動式永磁直驅電（diàn）機概述
本產品的隨動（dòng）式定子結構構成一種“小車結構”，滾（gǔn）筒就（jiù）像（xiàng）公路，定子塊就像（xiàng）汽車。滾輪貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相（xiàng）當於汽車在公路行駛，公路（lù）的起伏不影響（xiǎng）車輪與（yǔ）地麵貼合，即滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證（zhèng）定子、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因（yīn）造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證（zhèng）磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定（dìng）子與轉（zhuǎn）子間的間隙也可以做的（de）更小，減少永磁體用量（liàng），並且因為隨動式結構，電機不會發生掃（sǎo）膛現象。
本（běn）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（dú）立的扇形定子塊結構，其隨動原（yuán）理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒（tǒng）來確定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構。彈（dàn）性（xìng）機構在球磨機滾筒（tǒng）不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾（gǔn）筒向（xiàng）上波動，轉筒會向上頂（dǐng）定子塊上安裝的滾輪，進而（ér）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（qí）向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證（zhèng）下方定子塊（kuài）的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進（jìn）行徑向與圓周方（fāng）向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下（xià）複位（wèi）或繼續向（xiàng）下（xià）波動，則上方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其向下的（de）吸引（yǐn）力的同時，彈（dàn）性機（jī）構將上方其向下壓,下（xià）方定子（zǐ）塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的（de）壓力,避免因（yīn）彈性裝置設置的壓（yā）力過（guò）大造成滾輪（lún）或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采（cǎi）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構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機（jī）構成,多台模塊電機共用同一（yī）個轉子，模塊電機包繞式安（ān）裝在球磨機滾筒上。相鄰（lín）隨動式定子塊間設有固定（dìng）在支（zhī）撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球（qiú）磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝（zhuāng）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（jié），隻需要沿球磨機的徑（jìng）向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定（dìng）子（zǐ）塊之間的連接杆、彈性機構支（zhī）撐架，即可將定子塊沿（yán）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（chuán）統磨（mó）機的電機驅動（dòng）係統的優（yōu）點
現階段大多（duō）數的球磨機（jī）仍（réng）采用三相（xiàng）感應電動機（jī）、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進（jìn）行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢（shì）是它有較高的效（xiào）率和功率因數，損耗大（dà）大降低（dī），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，感應電機則起動相對困難。這（zhè）些也是近年來（lái）永磁電機應（yīng）用越來越廣泛的原因（yīn）。
采用永磁直驅，取消了中間的減速（sù）機、聯軸（zhóu）器、及齒輪的傳動（dòng）環節，縮短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係統的傳動（dòng）效率將（jiāng）提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效（xiào）率不僅（jǐn）得到大幅提（tí）升，而且直驅係統的故（gù）障率低（dī），維護檢修方便，還避免了傳統設備（bèi）因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機（jī）定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工（gōng），製造，運輸等（děng）難度，還相當於把一個大功率電機（jī）做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技（jì）術可以實現降（jiàng）低大功率電機的輸入電（diàn）壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不（bú）必采用高等級絕緣（yuán），模塊化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電。這（zhè）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（yùn）行在輕載工況時,完全可以隻（zhī）運行部分（fèn）模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致（zhì）電機合成磁動勢（shì）發生（shēng）畸變，諧（xié）波含量增加，平均轉矩下（xià）降，轉（zhuǎn）矩波動（dòng）顯著增加，無法（fǎ）繼續正常運行。而本產品進行（háng）了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製（zhì）係統，大大提升了電機控製的（de）自由度,可以（yǐ）利用（yòng）其多電機（jī）結構和控製靈（líng）活的優（yōu）勢，在發生故障時。可以（yǐ）直接拆卸故障電機更換新的模（mó）塊電機即（jí）可正常運行（háng）。模塊（kuài）化電機具（jù）有冗（rǒng）餘的模（mó）塊數，也可切除故（gù）障子模塊而控製（zhì）其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完（wán）全（quán）不會因電機（jī）發生故障而（ér）影響到生產工期（qī）。
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發（fā）生（shēng）轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造（zào）成電機掃（sǎo）膛損壞（huài）電機，實際生產中（zhōng）常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會（huì）導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定（dìng）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，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼（jì）續正常（cháng）工作，檢修次（cì）數更少，工作時（shí）間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
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，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應（yīng）能力差（chà）。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係（xì）統反應速（sù）度（dù）慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突（tū）發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度（dù）調節以快速適（shì）應係統工（gōng）作環（huán）境，係統反應速度（dù）更快。
(2）係統簡單（dān）,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法（fǎ）在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係（xì）統滿（mǎn）足立磨的低速起動。為保證在電機起動（dòng）過程不對電網造成過大的衝（chōng）擊，需增加軟起動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動後，通過減速器（qì）滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製（zhì）係統控製永磁同步（bù）電機（jī）起動，轉矩特性滿足需（xū）要，無需盤車係（xì）統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(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動條件後（hòu），軟起動（dòng）裝（zhuāng）置起動（dòng）三相感應電機，係統運行。係統控（kòng）製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提（tí）高到三相感應電機起動條件。直驅係統直（zhí）接變頻低速（sù）起動，係（xì）統直（zhí）接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起（qǐ）動需要，取代盤車係統。
(4）無（wú）減（jiǎn）速器，維（wéi）護成本更低,維（wéi）護次數少
係統各構成單元均需要時（shí）常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結（jié）構複雜需要經常維（wéi）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（xì）統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器（qì）控製永磁同步電機直接驅動，控製（zhì）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（sù）運行情況下進行係（xì）統維護。
(5）傳動效率高,節能（néng）效果明顯
綜（zōng）上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係（xì）統年節電量達181萬元（yuán）。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨機直驅（qū）係統的優勢與（yǔ）球磨機直驅係統相（xiàng）同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立（lì）磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了（le）立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一（yī）種（zhǒng）雙（shuāng）向載荷扇形模（mó）塊機構替代大直徑軸承，方便加工（gōng）、生產、運輸、裝配（pèi）、維修，並（bìng）降低成本,在工（gōng）程實際中具（jù）有很強的實用型。
針對大、中（zhōng）、小（xiǎo）型不同尺（chǐ）寸的立磨，分別設計了三種立磨（mó）專用永磁電（diàn）機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的（de）放置位置，均能達到扶正與承（chéng）壓的作用，並（bìng）且方便（biàn）製造（zào）、裝配維護，節省（shěng）成本。均已申請專 利（lì）。
永（yǒng）磁直驅礦用球磨機 
