1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大（dà）都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進（jìn）行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳（chuán）動鏈冗長、效率低、機構（gòu）複雜、運行維護工作量（liàng）大等問題。
沈陽工業大學電機（jī）與控製技術研究所與河南（nán）全（quán）新機電設備有限公司聯合設計研發的球磨（mó）機（jī）、立磨機（jī）采用（yòng）永磁直驅電機（jī）,通過將電動機與機（jī）械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸（shū）的中間環節，做成直驅方案，能直接滿（mǎn）足荷（hé）載的需求，省去（qù）傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的（de）效率與功率（lǜ）因數，具有節能、起動轉矩大、過載（zǎi）能力強、係統免維護（hù）、自動（dòng）化程度高等優點。
在控製方麵,本產（chǎn）品電機定子采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）低了加工、製（zhì）造、運輸（shū）等難度，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（yǐ）實現降低大（dà）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（cǎi）用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功（gōng）率變頻器聯合（hé）供電，這樣設計降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量，從而降（jiàng）低成本。每（měi）個（gè）模塊電機都具有一套獨（dú）立的控（kòng）製係統，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（bù）分模塊（kuài）電機驅（qū）動球磨機。
在結構方麵，本（běn）產品電機的定子采用了一種（zhǒng）自主設計研發的隨動式結（jié）構，將整圓的定子分（fèn）成若幹個相互存在（zài）間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無（wú）論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終（zhōng）跟（gēn）隨轉筒（tǒng）運動（dòng）從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通（tōng）過機械結構設計保證定子與轉子間的（de）間隙恒定，電（diàn）機不會發生（shēng）掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普（pǔ）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（jiàng）低生產成本（běn），節約稀土資源，節能用電量。當模塊發（fā）生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本（běn）產品完全不會（huì）因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒（tǒng）就像（xiàng）公路，定子塊（kuài）就像（xiàng）汽車。滾輪貼合滾筒（tǒng）旋（xuán）轉相當於汽車在公路行（háng）駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心（xīn）浮（fú）動不影響滾輪貼合滾筒，保證定（dìng）子、轉子間隙恒（héng）定，在球磨機因裝配誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變、重載震動等原因造（zào）成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終（zhōng）運（yùn）行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉（zhuǎn）子間的間隙也可以做的（de）更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不（bú）會發生掃膛現象（xiàng）。
本產品電機的定（dìng）子為隨動式結構,基於模（mó）塊化永磁直驅電機，采用獨立（lì）的（de）扇形定（dìng）子塊結構，其隨動原理是在定子塊的（de）軸向兩側安裝滾（gǔn）輪且滾輪貼合滾筒來（lái）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。彈性機構在球磨機滾筒（tǒng）不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定（dìng）子（zǐ）塊向上移動，上（shàng）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（kuài）上的彈（dàn）性機構將（jiāng）其向上頂，保證（zhèng）下方定（dìng）子塊的滾輪依（yī）然貼合轉筒外表（biǎo）麵，使定子塊跟隨轉筒（tǒng）波動而進行徑向與圓周方（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（de）同時，彈（dàn）性機構將上（shàng）方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可（kě）調，對於不（bú）同位置（zhì）的定子塊設置（zhì）不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓（yā）力過大造成滾輪或轉（zhuǎn）筒磨（mó）損較快。
本（běn）產品將永磁電機采用模塊（kuài）化控製，根（gēn）據不同功率的電機（jī）設計采用不同個數的隨動式（shì）定子塊構成一台模塊電機，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（yī）個轉子（zǐ），模塊（kuài）電機包繞（rào）式安（ān）裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設（shè）有固定在支撐框架上（shàng）的擋板來對定子（zǐ）塊進行圓（yuán）周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安（ān）裝電機轉子鐵心及磁（cí）鋼（gāng）。
本產品的隨動式定（dìng）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殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間（jiān）的連接杆、彈性機構支撐架，即（jí）可將定子塊沿（yán）徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機（jī）的電機驅動係統的優點（diǎn）
現階段大多（duō）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構進行驅動。永磁同步（bù）電機與感應電機相比優勢是它有較高的（de）效率和功率因數（shù），損（sǔn）耗大大（dà）降低（dī），節約了能源。永磁電（diàn）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（xiàng）對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越（yuè）廣泛的原因（yīn）。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯（lián）軸器、及齒輪的傳（chuán）動環節，縮短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係統的傳動效（xiào）率將提升（shēng）至少20%。球磨機直驅（qū）係統的傳動效率不僅得到大幅提升，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（lòu）油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加（jiā）工，製造，運輸等（děng）難度，還相當於把一（yī）個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控（kòng）製技術可以實（shí）現降低大功率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加（jiā）電（diàn）機的輸入電流，電機不必采（cǎi）用高等（děng）級絕緣，模塊化電（diàn）機采用多台小功率（lǜ）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（pín）器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉（zhuǎn）矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每（měi）個模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係統（tǒng），大大提（tí）升了電（diàn）機控製的自由度,可以（yǐ）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（diàn）機即可正常運行（háng）。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而（ér）控製其餘正常子模（mó）塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到（dào）生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重（chóng）時還會造成電機掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產中常常通過增加（jiā）氣隙大小來預防掃膛（táng），而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電（diàn）機製造成本。隨動式定子結（jié）構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證（zhèng）定子（zǐ）與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更（gèng）小，減少永（yǒng）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（zài）偏心時能繼續（xù）正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修（xiū）次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝（zhuāng）配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅（qū）對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調（diào）速控製（zhì），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。遇到突發事件，調整（zhěng）磨鞮（dī）高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速（sù），適應工況能力（lì）強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節（jiē）以（yǐ）快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係（xì）統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法在低速（sù）實現大轉矩輸出，需要額外（wài）的盤車係（xì）統滿足立磨的低速起動。為保證在電機（jī）起動過程不對電網（wǎng）造（zào）成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電（diàn）機起動後，通過減速器（qì）滿足係統轉矩需要，整個係統構成（chéng）複（fù）雜，係統運行的輔助設備很（hěn）多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，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（jiǎn）單。
(3）變頻器（qì）軟起（qǐ）動，起動（dòng）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（diàn）機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統（tǒng）運行（háng）。係統控製（zhì）複雜，低速無（wú）法實現（xiàn）過載輸出（chū）。在低速過程需（xū）要盤車係統，將轉（zhuǎn）速提高到三相感應電（diàn）機起動條（tiáo）件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據（jù）實際工況進行調整，以滿足（zú）各種工況的需（xū）求。低速可過載輸出，滿足（zú）起動需要，取代盤車係統（tǒng）。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係（xì）統各構成單元均需（xū）要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要（yào）經常維（wéi）護（hù），維護成本（běn）費用高。同（tóng）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（biàn）頻器控製永磁同（tóng）步電機直接驅（qū）動，控製方（fāng）便（biàn）。係（xì）統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時（shí），係統可（kě）實現在電機低速（sù）運行情（qíng）況下進行係統維（wéi）護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上（shàng）采用（yòng）直驅永磁（cí）電（diàn）機取代傳統驅動係統年節電（diàn）量達（dá）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（lǐ）不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨（mó）結構示意圖
本新型（xíng）立磨結構采用永磁直驅（qū）電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種（zhǒng）雙（shuāng）向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承（chéng），方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程（chéng）實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同（tóng）尺寸的立磨，分別（bié）設計了三種立磨專（zhuān）用永磁電機，代替（tì）傳統的減速機與三相異步電動機（jī），永磁直驅電機具有雙向（xiàng）載荷機構與不同的放置位置，均（jun1）能達到扶正與承（chéng）壓的作用，並且方便製造、裝配（pèi）維護，節省成本（běn）。均已申請專 利。
永（yǒng）磁直驅礦用球磨機 
