1、技術背景（jǐng）
傳統的球磨機、立磨（mó）機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球（qiú）磨（mó）機（jī）的傳動係統存在機械傳動鏈冗長（zhǎng）、效（xiào）率低、機構（gòu）複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與（yǔ）控製技術研（yán）究所（suǒ）與河南全新機電設備有限公司聯（lián）合設計研發的球磨機、立（lì）磨機采用永磁直（zhí）驅電機,通過將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，能直接滿足荷載的需求，省去傳統（tǒng）磨機的減速（sù）機，顯著提（tí）高了電機的效率與（yǔ）功率因數，具有節能（néng）、起動轉矩大、過（guò）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，不僅降低了加工、製造、運輸（shū）等難度，還（hái）相當於把一個大功率電（diàn）機做成了多個小功（gōng）率電機。模塊化電（diàn）機的控製（zhì）技術可以實現降低大（dà）功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機（jī）不必采用高等級（jí）絕緣。模塊（kuài）化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計（jì）降低了電機的（de）供電電壓和使用的變頻（pín）器容量（liàng），從而降低成本。每個模（mó）塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升（shēng）了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可（kě）以隻（zhī）運行部分模塊電（diàn）機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定（dìng）子采用了一種（zhǒng）自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存（cún）在間隙的小扇形塊，通過（guò）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，定子塊始終跟隨轉（zhuǎn）筒運動從（cóng）而保持定子與轉（zhuǎn）子間隙（xì）恒定的結構。本產品通過機械結（jié）構設計保證定子（zǐ）與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃（sǎo）膛現象，因此電機的氣（qì）隙（xì）可以設計的比普通永磁直驅電機（jī）的小很多，從而（ér）大幅降低電機永磁體（tǐ）用量（liàng），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（xiè）故障電機，更換新（xīn）的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故（gù）障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式（shì）永磁直驅電（diàn）機概述
本（běn）產品的隨（suí）動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾（gǔn）輪貼合滾（gǔn）筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在公路（lù）行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合（hé），即滾筒偏心浮動（dòng）不（bú）影響滾（gǔn）輪貼合滾筒，保證定子、轉子（zǐ）間隙恒定，在球磨機因裝（zhuāng）配誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙（xì）不均勻時，仍能正（zhèng）常運轉，保證磨機始終運行在性（xìng）能狀態（tài），不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也（yě）可以做的更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式（shì）結構（gòu），電機不會發生掃（sǎo）膛現象。
本產品電機的定子（zǐ）為隨動（dòng）式結構,基於（yú）模（mó）塊化（huà）永磁直驅電機，采（cǎi）用獨立的扇形定子塊（kuài）結構，其隨（suí）動（dòng）原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾（gǔn）筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑（jìng）向外側設有與支（zhī）撐框架相連的彈性機構。彈性機構（gòu）在球磨機滾筒（tǒng）不偏（piān）心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動（dòng），轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子（zǐ）塊向上移動，上方彈（dàn）性機構繼續壓縮;下（xià）方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其（qí）向上的吸引力的同時，定子（zǐ）塊上的彈（dàn）性（xìng）機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾（gǔn）輪（lún）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（zhōu）方向的移動，從而（ér）保證定（dìng）子、轉子之（zhī）間的間隙（xì）不變。球磨機（jī）滾筒向下複位或繼續向（xiàng）下波動，則（zé）上方定子塊在（zài）受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓（yā）,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性（xìng）裝置的壓力（lì）大小可調，對（duì）於不同位置（zhì）的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力（lì）過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本（běn）產品將永磁電機（jī）采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用（yòng）不同個數的（de）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（diàn）機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機（jī）包繞式安裝在球（qiú）磨機（jī）滾筒上。相鄰隨動式定（dìng）子（zǐ）塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進（jìn）行圓（yuán）周（zhōu）方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子（zǐ）鐵心及磁鋼（gāng）。
本產品（pǐn）的隨動式定子塊安裝拆（chāi）卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密（mì）封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之（zhī）間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將（jiāng）定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多（duō）數的球磨機仍采用三相感應（yīng）電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進行驅動。永磁同步電機與感（gǎn）應電機相（xiàng）比優勢是它有較高的效率和功（gōng）率因數，損耗大大降低，節約了（le）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（dòng）相對困（kùn）難。這些也是近年來永磁電機應（yīng）用越來越廣泛（fàn）的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及（jí）齒輪的傳動環節，縮短係（xì）統的（de）傳動鏈，直驅係統的傳（chuán）動效率將提（tí）升至少20%。球磨機直驅係統的傳動（dòng）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油造成環境汙染。
由於本產品電機（jī）定子采用了模塊化設（shè）計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大（dà）功率（lǜ）電（diàn）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（rù）電壓，但（dàn）是不增加電（diàn）機的輸入電流，電機不（bú）必采用高等級絕緣（yuán），模塊化電（diàn）機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計（jì）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（háng）在輕載工況時,完（wán）全可以隻運行部分模塊電機（jī）驅動（dòng）球（qiú）磨（mó）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，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運（yùn）行。而（ér）本產品進行了模塊化設計（jì），每個模塊電機都（dōu）具有（yǒu）一套獨立的控製（zhì）係統，大大提升了電機控製的自由度,可（kě）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（chāi）卸故障電機更換新的模塊電機即可正（zhèng）常運（yùn）行。模（mó）塊化（huà）電機具（jù）有冗餘的模（mó）塊數，也可切除故障子模塊而（ér）控（kòng）製其餘正常子模（mó）塊降額運行。使（shǐ）用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期（qī）。
球磨機因加工誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變或重（chóng）載產（chǎn）生震（zhèn）動等因素會發生轉子偏心現象（xiàng），偏（piān）心嚴重時還會造成電機（jī）掃膛損壞電（diàn）機，實際生產中常（cháng）常（cháng）通過增加氣隙（xì）大（dà）小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結（jié）構的模塊電機，能在轉（zhuǎn）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（bú）會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定（dìng）子結構在偏（piān）心時能繼續正常（cháng）工作，檢修次數更少，工作時間更長，大（dà）體積球磨機（jī）檢修（xiū）複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動（dòng）式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直（zhí）驅對比於傳統感應（yīng）電機的（de）優（yōu）點( 1）變頻調速控製，實現負載（zǎi）工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨（mó）鞮高度來改變係統工（gōng）作環境，係統反（fǎn）應速度慢。永（yǒng）磁同步電機采用變頻調速，適應工況能（néng）力強。遇到突發事（shì）件，除調整磨（mó）輾高（gāo）度（dù）外，還增加了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（xì）統簡單,可靠性高（gāo）
傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統（tǒng）滿足立磨的（de）低速起動。為保證在電機（jī）起（qǐ）動過（guò）程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起（qǐ）動裝置。三相感應電機起動後（hòu），通過減（jiǎn）速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備（bèi）很多。直驅係（xì）統由變頻控製係統控製永（yǒng）磁（cí）同步電（diàn）機起動，轉矩特性滿足需要（yào），無（wú）需（xū）盤車係統和減速器，輔助（zhù）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（pán）車係統起動（dòng），待三相感（gǎn）應電機達到起動條件後（hòu），軟起動裝置（zhì）起動（dòng）三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實（shí）現過載輸出。在（zài）低速過程需要盤車係統，將（jiāng）轉速提高到三相感應電機起動條（tiáo）件。直驅係統直接變頻低（dī）速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可（kě）根據實際工況進行調整，以滿足各種工（gōng）況的需（xū）求。低速可過載輸出，滿足起動需要（yào），取代盤車係統。
(4）無減速器，維護（hù）成本更低,維護次數（shù）少
係統各（gè）構成單元（yuán）均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨（mó）減速（sù）器結構複雜（zá）需要經（jīng）常維護，維護成本費用高。同時係（xì）統（tǒng）無法實現在低速（sù）運行（háng）的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元（yuán）簡單，變頻器控（kòng）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（hù），係統維護成本低（dī）。同時，係統可實現在電機（jī）低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅（qū）永（yǒng）磁電機取代傳統驅動（dòng）係統年節電量達181萬（wàn）元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統（tǒng）的優勢（shì）與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅（zhuì）述。
2、永磁直驅立磨結構示（shì）意圖（tú）
本新型立磨結構采用永磁直驅電（diàn）機驅（qū）動,提（tí）高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸（zhóu）承上進行突破，通（tōng）過設計一種（zhǒng）雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加（jiā）工（gōng）、生產、運輸、裝配、維修，並（bìng）降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計（jì）了三種（zhǒng）立磨專用永磁電機，代替傳統（tǒng）的減速機與三（sān）相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向（xiàng）載（zǎi）荷機構（gòu）與不同的放置位（wèi）置，均能達到扶正與（yǔ）承壓的作用，並且（qiě）方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專（zhuān） 利。
永磁直（zhí）驅礦用球磨機 
