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（zhuāng）置（zhì）以（yǐ）及齒輪結構進行驅動，導致球（qiú）磨（mó）機的傳（chuán）動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低（dī）、機構複（fù）雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與控製技（jì）術研究所與河南全新（xīn）機電設備有限公司聯合（hé）設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電（diàn）機,通過將（jiāng）電動機與機（jī）械結構進行機電（diàn）一體化（huà）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（xū）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、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優（yōu）點。
在控製方麵,本產品電機定子（zǐ）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率電機（jī）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供電，這樣設計降低了電機的供電電（diàn）壓（yā）和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製係（xì）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（yǐ）隻運行部分模塊電機驅動（dòng）球磨機。
在結構（gòu）方麵（miàn），本產品電機的定子采（cǎi）用了一種自主設（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，確定了一種無（wú）論球（qiú）磨機轉筒是否震動或偏心，定子（zǐ）塊始（shǐ）終（zhōng）跟（gēn）隨轉筒運（yùn）動（dòng）從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本（běn）產品通過（guò）機械結構設計保證定子（zǐ）與轉子間的間隙恒定，電機不會發（fā）生（shēng）掃膛（táng）現（xiàn）象，因此電機的氣隙可以（yǐ）設計的比（bǐ）普通（tōng）永磁直驅電機的小很多，從而大（dà）幅降低電機永磁體用（yòng）量，降低生產成本，節約稀土資源，節（jiē）能用電量。當模塊發生（shēng）故障時，直（zhí）接拆卸故障電機，更換新的模塊電機（jī）即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動（dòng）式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定（dìng）子結構構成（chéng）一種“小車結構”，滾筒就像公路（lù），定子塊就（jiù）像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路（lù）的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心（xīn）浮動不影響滾輪貼合滾筒（tǒng），保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因（yīn）裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動（dòng）等原因造成（chéng）電機偏心（xīn）、氣隙不均勻時，仍（réng）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（shí）電機定子與轉子間的間隙也（yě）可以做（zuò）的更小，減少永磁體用量，並（bìng）且因（yīn）為（wéi）隨動式結構，電（diàn）機不（bú）會發生掃（sǎo）膛現象。
本產品電機的（de）定子為隨動式結構,基於模塊化永磁（cí）直驅電（diàn）機，采用獨立的扇形定子（zǐ）塊結構，其隨動原理是（shì）在定子（zǐ）塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪（lún）貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向（xiàng）外側設有（yǒu）與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構（gòu）在球磨機滾筒不偏（piān）心時處於（yú）半壓（yā）縮狀態（tài）,如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的（de）吸引力的同時，定子塊上（shàng）的（de）彈性（xìng）機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依（yī）然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨（suí）轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從（cóng）而保證定子、轉子之（zhī）間的間隙不變。球磨機（jī）滾筒向下複位或繼（jì）續向下波（bō）動，則上方定子塊在（zài）受到永磁體對（duì）其向下的吸引力的同時，彈性機構將（jiāng）上方（fāng）其向下壓,下方定子（zǐ）塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的（de）壓力大（dà）小可調（diào），對於不同位置的定子（zǐ）塊設置不同的壓力（lì）,避免因（yīn）彈性裝置設置的（de）壓（yā）力（lì）過大造（zào）成滾輪或轉筒磨損較（jiào）快。
本產品將永磁電機采用模塊（kuài）化（huà）控製，根據不（bú）同功率的電（diàn）機設計采用不同（tóng）個數（shù）的隨動式（shì）定子塊構成一（yī）台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式（shì）安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在（zài）支撐框架（jià）上的擋板來對定（dìng）子塊進行圓周方（fāng）向的限位。球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（zǐ）鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊（kuài）安裝拆卸十分便捷，隻需要沿（yán）球磨機（jī）的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定（dìng）子塊之間（jiān）的連接杆、彈性機構支（zhī）撐架，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（běn）產品代替傳統磨機的電機驅（qū）動係統（tǒng）的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同（tóng）步電機與感（gǎn）應電機（jī）相（xiàng）比（bǐ）優勢是它有較高的（de）效率和功率因（yīn）數，損耗大大降低，節約（yuē）了能源。永磁電機通過變頻器進行調（diào）速，電機運行平穩，係統響應（yīng）速度快，感應電機則起動相對困難。這些也（yě）是近年來永磁電機應用越來越（yuè）廣泛的（de）原（yuán）因（yīn）。
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，縮短係統的（de）傳動鏈，直驅係（xì）統的傳動效率將提升（shēng）至少20%。球磨機直驅係統的傳動效（xiào）率不僅得（dé）到大幅提升，而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造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用（yòng）了模塊化（huà）設計（jì），不僅降低了加工，製造，運輸（shū）等難度，還相當於把一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（jì）術可以實現（xiàn）降低（dī）大功率電機的輸入電壓，但（dàn）是不增（zēng）加電機的輸入電流，電機不必采用高（gāo）等級絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻（pín）器（qì）聯合（hé）供電。這（zhè）樣設計降低了電機（jī）的供電電壓和使用的（de）變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以（yǐ）隻運行部（bù）分模塊電（diàn）機驅動球磨機。
傳統電（diàn）機故障（zhàng）時，會導致電機合成（chéng）磁動（dòng）勢發生（shēng）畸變，諧波含量增加，平均轉矩下（xià）降，轉矩波動顯著增加，無（wú）法繼續正常運行。而本產品進行了模塊（kuài）化設（shè）計，每個（gè）模（mó）塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）機控製的（de）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（jī）即可正常運行。模塊化電（diàn）機具有冗（rǒng）餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完（wán）全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（zǎi）產生震動等因（yīn）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（jì）生產中常常通過增（zēng）加氣（qì）隙大小（xiǎo）來預（yù）防掃膛（táng），而氣隙增大會導致永磁體用（yòng）量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電（diàn）機，能（néng）在轉筒（tǒng）偏心時保證定子與轉（zhuǎn）子之間的間隙恒定（dìng），可將氣隙做的更小，減（jiǎn）少永磁體用（yòng）量（liàng），電機不會發（fā）生掃膛現象，同時（shí）因為該隨動式定（dìng）子結構（gòu）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（jī）球磨機檢修複（fù）雜，降低檢修次數就是提高生產（chǎn）效（xiào）率（lǜ）。
4、隨動式球磨機（jī）裝配示意圖
二、永磁直驅立磨（mó）技術（shù）
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣（yàng）性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差（chà）。遇到突發事件（jiàn），調整磨鞮（dī）高度（dù）來改變係統（tǒng）工作環境，係統（tǒng）反應速度慢。永磁（cí）同步電（diàn）機采用變頻調速，適應工況能力（lì）強。遇到突發事（shì）件，除調整磨輾高度外，還增加了（le）速度調節以快（kuài）速適應（yīng）係統（tǒng）工作環境，係統反應速度更快（kuài）。
(2）係統簡單,可靠性高
傳（chuán）統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸（shū）出，需要（yào）額外（wài）的（de）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電網造成過大的（de）衝擊，需增加軟起（qǐ）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（gè）係統構成（chéng）複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由（yóu）變頻（pín）控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需（xū）盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動（dòng），起動過程隨意設定（dìng）
傳統係統先由低速盤車（chē）係統（tǒng）起動，待三相感應電機（jī）達到起動（dòng）條件後，軟起動裝置起動三相感應電機（jī），係統運行。係統控（kòng）製複雜，低（dī）速無法實現過（guò）載輸出。在低速過程需（xū）要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係（xì）統直接（jiē）變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單（dān）。變（biàn）頻（pín）控製起（qǐ）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，滿足起動需要，取代（dài）盤車係統。
(4）無（wú）減速器，維護（hù）成本更低（dī）,維護次數少
係統各構成單元均需要（yào）時常檢查和定（dìng）期維護，傳統係統構成單元多。同時立（lì）磨（mó）減速器結構複雜需要（yào）經常維護，維護成本費用高。同時（shí）係統無法實現在低速（sù）運行的情況下進行（háng）係統維護（hù）。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電（diàn）機（jī）直（zhí）接驅動，控製方（fāng）便。係統（tǒng）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（shí）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（míng）顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量（liàng）達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係（xì）統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不（bú）再一—贅述。
2、永磁直驅立（lì）磨結構示（shì）意圖
本（běn）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（fú）正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載（zǎi）荷（hé）扇形模塊機構替代大直徑軸承（chéng），方便（biàn）加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）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（lì）磨，分別設計了三種（zhǒng）立磨專用永磁電機（jī），代替（tì）傳統的減速機與三相異步電（diàn）動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均（jun1）能達到扶正與承壓的作（zuò）用，並且方便製造、裝配維護，節省成（chéng）本（běn）。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
