1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都（dōu）采用三相異步電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪（lún）結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機（jī）械傳動鏈冗長、效率（lǜ）低、機（jī）構複雜、運行維護工作量大等（děng）問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南全新機電（diàn）設備有（yǒu）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（xiè）結構進行（háng）機電一體化設計，取消（xiāo）動力傳輸的中間環節，做成（chéng）直驅方案，能直接滿足荷載的需求（qiú），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（yǒu）節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維（wéi）護（hù）、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定（dìng）子采用（yòng）了模塊化（huà）設計（jì），不僅降低了加工、製（zhì）造、運輸等難度，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實現降低大功率電機（jī）的輸入電壓（yā），但（dàn）是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級（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（diàn）壓和使用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具有一（yī）套獨立的控製（zhì）係統，大大提升了電機控製的自由（yóu）度，球磨機運行在輕載工（gōng）況時，完全可以（yǐ）隻運行部分模塊電機驅動（dòng）球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一（yī）種自主設計（jì）研發的隨動式結構，將整（zhěng）圓（yuán）的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形（xíng）塊，通過機械結構設計，確定了一（yī）種無論球磨機（jī）轉筒是（shì）否震動或偏心，定子塊始終（zhōng）跟隨轉筒運（yùn）動從而保持定子與（yǔ）轉子間隙恒（héng）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（jiān）隙恒定（dìng），電機不會發生掃膛現象，因此電機的（de）氣隙可以設計的（de）比普通永磁直驅電機的小很（hěn）多，從而大幅降低電機永磁（cí）體用量，降低生產成本（běn），節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直（zhí）接拆卸故障電（diàn）機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不（bú）會因電機發生故障而影響到（dào）生產工期。
2、球磨機（jī）專用隨動式永磁直驅電機概述（shù）
本產品的隨動式定子結（jié）構（gòu）構成（chéng）一（yī）種“小車結構”，滾筒就（jiù）像公路，定子（zǐ）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（yǐng）響車（chē）輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響（xiǎng）滾輪貼合滾筒，保證定子、轉（zhuǎn）子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變、重載震動等原因（yīn）造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能（néng）正常運轉，保證（zhèng）磨機始終（zhōng）運行在性能狀態，不必（bì）停機檢修。同時電機定子與轉子間的間（jiān）隙也可以做的更小，減（jiǎn）少永磁體（tǐ）用（yòng）量，並且因為隨動式（shì）結（jié）構（gòu），電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構（gòu）,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結（jié）構，其隨動原理是在定子（zǐ）塊的（de）軸（zhóu）向（xiàng）兩側安裝（zhuāng）滾輪且滾輪（lún）貼合滾筒（tǒng）來確定定子與轉子間的間隙，定子（zǐ）塊（kuài）徑（jìng）向外側設有與支（zhī）撐框架相連的彈性機構。彈性機（jī）構在球磨機滾筒不偏心時處於（yú）半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波（bō）動，轉筒會向上（shàng）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（xù）壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其（qí）向上的吸（xī）引力的同時，定子塊（kuài）上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊（kuài）的（de）滾輪（lún）依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動（dòng）而進行徑向與圓周方向的移動，從（cóng）而保證定子、轉（zhuǎn）子之間的間隙不變（biàn）。球磨機滾筒向下複位（wèi）或（huò）繼續向下波動，則上方（fāng）定子塊在受到永磁體對其（qí）向下的（de）吸引力的同時，彈性機構（gòu）將上（shàng）方其向下壓,下方（fāng）定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同（tóng）位置的定子塊設置（zhì）不同的（de）壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪（lún）或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率（lǜ）的電機（jī）設計（jì）采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電（diàn）機，一台整圓電機由多（duō）台模塊電機構成,多台模（mó）塊電（diàn）機共（gòng）用同一個轉子，模（mó）塊電機包繞式安裝在球（qiú）磨機滾筒（tǒng）上。相鄰隨動式定子塊間（jiān）設有固定在支撐框架上的擋板（bǎn）來對（duì）定（dìng）子塊（kuài）進行圓（yuán）周（zhōu）方向的限位。球（qiú）磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用（yòng）於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊（kuài）安裝拆卸十分便捷，隻（zhī）需（xū）要沿球（qiú）磨機（jī）的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構（gòu）與定子塊之（zhī）間的（de）連接杆、彈性（xìng）機構支撐架，即可將定子塊沿（yán）徑向拉出（chū），進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳（chuán）統磨機的電機驅動（dòng）係統的優點
現階（jiē）段大多數的球磨機仍采用三相（xiàng）感應電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒（chǐ）輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較（jiào）高的效率和功率因數，損耗（hào）大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調（diào）速，電（diàn）機運行平穩，係（xì）統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛（fàn）的原因。
采用（yòng）永磁直驅，取（qǔ）消了中間的減速（sù）機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮（suō）短係統的傳動鏈（liàn），直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統（tǒng）的傳動效（xiào）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（yóu）造成環境汙染。
由於本產（chǎn）品電機定（dìng）子采（cǎi）用了模塊化設計，不僅降低了（le）加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大（dà）功（gōng）率電機做成了多（duō）個小功率電機。模塊化（huà）電機的控（kòng）製技術可（kě）以實現降低大功率電（diàn）機（jī）的輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電（diàn）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（de）供電電（diàn）壓和使用的變頻（pín）器容量，從而（ér）降低成本（běn）。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（dòng）球磨機。
傳統電機故障時，會（huì）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（jiàng），轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而（ér）本產品（pǐn）進行了模塊化設（shè）計，每個模塊電機（jī）都（dōu）具有一（yī）套獨立的控製係統，大大提升了（le）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（gèng）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，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子（zǐ）模塊降額運（yùn）行。使用本產品完全不（bú）會因電機發生故障而影（yǐng）響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變或重載產生震（zhèn）動等因素會發生轉子偏（piān）心現象（xiàng），偏心（xīn）嚴重時還會造成電機掃膛損壞（huài）電機，實際生產（chǎn）中常常通過（guò）增加氣隙（xì）大小來預防掃膛，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機（jī），能（néng）在轉筒偏（piān）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（diàn）機（jī）不會發生掃膛現象，同時因為該隨動（dòng）式定子結構在偏心時能（néng）繼續正常工作，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（shì）提（tí）高生產效率。
4、隨（suí）動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立（lì）磨（mó）技術
1、立（lì）磨直驅對比於傳統感應電機的（de）優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力（lì）差。遇到突發（fā）事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境（jìng），係統反應（yīng）速度慢。永磁同步電機采用（yòng）變頻（pín）調速，適應工（gōng）況能力強。遇（yù）到（dào）突發事件，除調整磨輾高度（dù）外，還增加了速度調節以快速適應係統工作（zuò）環境，係統（tǒng）反應速度更快。
(2）係（xì）統簡單,可靠性（xìng）高
傳（chuán）統係統因三相感應電（diàn）機無法在低速（sù）實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立（lì）磨的低速起動。為（wéi）保證在電機起動過程（chéng）不對電（diàn）網（wǎng）造成過大（dà）的衝擊，需增（zēng）加（jiā）軟（ruǎn）起動裝置。三相感應電（diàn）機（jī）起動後，通過（guò）減速器滿足係統轉矩需（xū）要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直（zhí）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（yào），無需盤車係統和減速（sù）器（qì），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（chuán）統係統先由低速盤車係統起動（dòng），待三相（xiàng）感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起（qǐ）動三相感應電機，係統（tǒng）運行。係（xì）統（tǒng）控製複雜，低速無法實現（xiàn）過載（zǎi）輸出（chū）。在低速過程需要盤（pán）車係統，將轉速提高到三（sān）相感應電機起動條件。直驅係統（tǒng）直接變頻低速起動，係統直接運行（háng），係（xì）統控製簡單。變頻（pín）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，滿足起動需要，取（qǔ）代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元（yuán）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（xì）統無法實現在低速運行（háng）的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元（yuán）簡單，變頻（pín）器控製（zhì）永磁同（tóng）步電機直（zhí）接驅動，控製方便。係（xì）統內無減（jiǎn）速器，無需額（é）外進行維護，係統維護（hù）成本低。同（tóng）時，係統可（kě）實現在電機低速（sù）運（yùn）行情況下進行（háng）係統維護（hù）。
(5）傳動效率（lǜ）高（gāo）,節能（néng）效果明（míng）顯
綜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。（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，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨（mó）結構采用永磁直驅電（diàn）機驅動,提高（gāo）了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配（pèi）、維修，並降（jiàng）低成本,在工程實際中（zhōng）具有（yǒu）很強的實用型。
針對（duì）大、中、小型不同尺寸的立磨，分別（bié）設計了（le）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（néng）達到扶正與承壓的作用，並（bìng）且（qiě）方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利（lì）。
永磁直驅礦用球磨機 
