1、技術背（bèi）景
傳統的球磨機、立磨機大都采用（yòng）三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪（lún）結構（gòu）進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機（jī）械（xiè）傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量（liàng）大等問題（tí）。
沈陽工（gōng）業大學（xué）電機與控製技術研究所與河南全新機電設備有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結構進行機（jī）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（zhí）接滿足荷載的需求，省去傳（chuán）統磨（mó）機的減速（sù）機，顯（xiǎn）著提高了電機的效率與功率因數，具（jù）有節能、起動轉（zhuǎn）矩大（dà）、過載能力強、係統免維護、自動（dòng）化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊（kuài）化設計，不僅降低了加工、製造（zào）、運輸等難度，還相（xiàng）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（de）控製技術可以實現降低大功率電（diàn）機（jī）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（gòng）電（diàn），這（zhè）樣設計降（jiàng）低了電機的供電電壓（yā）和使用（yòng）的變（biàn）頻器容（róng）量，從（cóng）而降低（dī）成本。每個模（mó）塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大（dà）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機。
在結構（gòu）方麵，本產品（pǐn）電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整（zhěng）圓的定子分成若幹個相互存在間（jiān）隙的小扇形塊（kuài），通過機械結構（gòu）設計，確定了一種無論球磨機轉筒是（shì）否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒（héng）定，電機不會（huì）發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直（zhí）驅電機的小很多，從而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。當模塊（kuài）發生故障時（shí），直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發（fā）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（dòng）式定子結構構成一種（zhǒng）“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與（yǔ）地麵貼合，即滾（gǔn）筒偏心（xīn）浮動不影（yǐng）響滾輪貼合滾（gǔn）筒，保證（zhèng）定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形變、重載（zǎi）震動等原（yuán）因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態（tài），不必停機檢（jiǎn）修。同時（shí）電機定（dìng）子與（yǔ）轉子間的間隙（xì）也（yě）可以做的更（gèng）小，減（jiǎn）少永磁體用量，並且因為隨動（dòng）式結構，電機不會發生掃膛現象。
本（běn）產品電機的定子為（wéi）隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨（suí）動原理是在定（dìng）子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙（xì），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不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機（jī）滾（gǔn）筒向上波動，轉筒會向上（shàng）頂（dǐng）定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性（xìng）機構繼續壓縮;下方定子塊在（zài）受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的（de）彈性機構將其向上頂，保證下方定（dìng）子（zǐ）塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移（yí）動，從而保證（zhèng）定子、轉子（zǐ）之間的間隙（xì）不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下（xià）波動，則上方定子塊在受到（dào）永磁體對其向下的吸引力的同時，彈（dàn）性機構將上（shàng）方（fāng）其向下壓,下（xià）方定子塊被（bèi）轉筒向下壓。
本（běn）產品彈性裝置的壓力大小（xiǎo）可（kě）調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾（gǔn）輪或轉筒（tǒng）磨損較快。
本（běn）產品將（jiāng）永（yǒng）磁電機采用模塊（kuài）化（huà）控（kòng）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（kuài）電機，一台整圓電機由（yóu）多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒（tǒng）上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在（zài）支撐（chēng）框架上的擋板來對（duì）定子（zǐ）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,用於支撐安裝電機轉子鐵心及（jí）磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸（xiè）十分便捷，隻（zhī）需要沿球磨機（jī）的徑向依次拆卸密（mì）封外殼（ké）、彈性機構（gòu）、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性（xìng）機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊（kuài）。
3、采用本產品代替傳統磨（mó）機的電機（jī）驅動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相（xiàng）感應電動（dòng）機、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結構進行（háng）驅動。永磁同步電機與感（gǎn）應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，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（kùn）難。這（zhè）些也（yě）是近年（nián）來永磁電機應用越來越（yuè）廣泛的原因。
采（cǎi）用永磁直驅，取消了中間的減速（sù）機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少（shǎo）20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大（dà）幅（fú）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了模塊（kuài）化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於（yú）把一個大功率電（diàn）機做（zuò）成了（le）多個小功率電機。模塊化電機（jī）的控製技術可以（yǐ）實現降低大功率電機的輸入電（diàn）壓，但是（shì）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（dī）了電機的供電電（diàn）壓和使用的變（biàn）頻器容量，從而降低成本（běn）。球磨機（jī）運行在輕載工況時,完全可（kě）以隻運行部分（fèn）模塊電機驅動球磨機。
傳統電機（jī）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（wú）法繼續正常運行。而本產品進行（háng）了模塊化設計，每個模（mó）塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大（dà）提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製（zhì）靈活的優勢（shì），在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊（kuài）化電（diàn）機具有（yǒu）冗餘的模塊數，也可（kě）切除故障（zhàng）子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工（gōng）期。
球磨機因加工（gōng）誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子（zǐ）偏心（xīn）現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產（chǎn）中常常通過增加氣隙大小來（lái）預防（fáng）掃膛，而氣隙（xì）增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造（zào）成本。隨動式定子結構的模塊電（diàn）機，能在轉筒偏心時保證定（dìng）子與轉子之間的間隙（xì）恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量（liàng），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續正常工作，檢（jiǎn）修次數更少，工作（zuò）時間更長，大體積（jī）球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提（tí）高生產效率（lǜ）。
4、隨動式球（qiú）磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立（lì）磨直驅對（duì）比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速（sù）控製，實現（xiàn）負載（zǎi）工況多樣（yàng）性
傳統立磨速度單（dān）一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整（zhěng）磨鞮高度來改變係統工作環（huán）境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應（yīng）工（gōng）況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統（tǒng）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實現大轉矩（jǔ）輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速（sù）起動。為保證（zhèng）在電機起動過程不對（duì）電網造成過大的衝擊，需增加（jiā）軟起動（dòng）裝置。三相感應電機（jī）起動後，通過減速器滿（mǎn）足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔（fǔ）助設備很（hěn）多。直驅係統由變頻控（kòng）製係統控（kòng）製永磁同步電機起動，轉矩特性（xìng）滿足需要（yào），無需盤車係統和減速（sù）器（qì），輔助（zhù）係統少，結構（gòu）簡單。
(3）變頻器（qì）軟起動，起動過程隨（suí）意設定
傳統係統先由低速（sù）盤車係（xì）統起（qǐ）動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低（dī）速無法實現過載輸出。在低速過程需（xū）要盤車係統，將（jiāng）轉速提高到（dào）三相感應電（diàn）機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統（tǒng）直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進（jìn）行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載（zǎi）輸出，滿足起動需要，取代盤車係統（tǒng）。
(4）無減（jiǎn）速器，維護成（chéng）本更低（dī）,維護次數少（shǎo）
係統各構成單元均需要時常檢查和（hé）定期維護（hù），傳（chuán）統係統構成（chéng）單元多。同時立磨（mó）減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用（yòng）高。同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（dān）元簡單，變頻器（qì）控製永磁同步電機（jī）直（zhí）接驅動，控製方便。係統內無（wú）減速器，無需額外（wài）進行維護，係統維護成本低。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（chuán）動效率高,節能（néng）效果明顯（xiǎn）
綜上采用直驅永磁電（diàn）機取代傳統驅動係統年節電量達181萬（wàn）元。（按（àn）照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立（lì）式鯤磨機直驅係統的優勢與（yǔ）球磨機直驅係統相同，這裏不（bú）再一—贅述（shù）。
2、永磁直驅立（lì）磨結構示意（yì）圖
本新型立磨結構采用（yòng）永磁直驅（qū）電機驅動（dòng）,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承（chéng）與壓力軸承上進行突破，通過設計一（yī）種雙向載荷扇形模塊（kuài）機（jī）構（gòu）替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工（gōng）程實際（jì）中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種（zhǒng）立磨專用永磁（cí）電機，代替傳統的減（jiǎn）速機與三相（xiàng）異步電動機，永磁直（zhí）驅電（diàn）機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維（wéi）護，節省成本。均已申請（qǐng）專 利（lì）。
永磁直驅礦用球磨機 
