1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電（diàn）動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅動，導致球磨機的傳（chuán）動係統存在機械傳動鏈冗長（zhǎng）、效率低、機構（gòu）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術研究所與河南全新機電設備有限（xiàn）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（jī）與機（jī）械結構進行機電（diàn）一體化設計（jì），取消動力傳（chuán）輸的（de）中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳（chuán）統磨機的減（jiǎn）速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動（dòng）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,本產品電機定子采用（yòng）了模塊化（huà）設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難（nán）度，還相當於把一個大功率電機做成了（le）多個小功率電機。模塊（kuài）化（huà）電機的控製技術可以實現降低大功率電（diàn）機的輸入電壓，但（dàn）是不增加電機（jī）的輸（shū）入電流，電機不（bú）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壓和使（shǐ）用（yòng）的變頻器容量，從而降（jiàng）低成本。每個模塊電機都具有一（yī）套獨立的控製係統，大大提升（shēng）了（le）電機控製的自由（yóu）度，球磨機運行在輕（qīng）載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式（shì）結構，將整圓的定子（zǐ）分成若幹個相互（hù）存在間隙的小扇形塊，通過機械結（jié）構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或（huò）偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與（yǔ）轉子間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保（bǎo）證定子（zǐ）與轉子間的間隙恒（héng）定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而（ér）大幅降低電機永磁體用量，降（jiàng）低生產（chǎn）成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即（jí）可正常運行。使（shǐ）用本產品完全不會因電機發生故障而影響（xiǎng）到生產（chǎn）工期。
2、球磨機專用隨（suí）動（dòng）式永（yǒng）磁直驅電機（jī）概述
本產品的隨動式定子結構構（gòu）成一種“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（zài）公路行（háng）駛，公（gōng）路的起（qǐ）伏不影響車輪與地麵貼（tiē）合（hé），即滾筒偏心浮動不影響滾輪（lún）貼合（hé）滾筒，保（bǎo）證定子（zǐ）、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常（cháng）運轉，保證磨機始終（zhōng）運行在（zài）性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子（zǐ）間的間隙（xì）也可以做（zuò）的更（gèng）小，減少永磁體（tǐ）用（yòng）量（liàng），並且因為隨動（dòng）式結構（gòu），電機不會發生掃（sǎo）膛現象。
本產品電機的定（dìng）子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機（jī），采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝（zhuāng）滾輪且（qiě）滾輪貼合滾（gǔn）筒（tǒng）來確定定子與轉（zhuǎn）子間的間隙，定子塊徑（jìng）向外側設有與（yǔ）支撐框架相連的彈性機構（gòu）。彈性機構在球磨機（jī）滾筒不偏心時處於半壓（yā）縮狀態,如果球磨機滾筒向上（shàng）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（fāng）彈性機構（gòu）繼續壓縮;下方（fāng）定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定（dìng）子塊上的彈性機構將其向上頂（dǐng），保證下方定子塊（kuài）的滾輪依然貼合轉（zhuǎn）筒外表麵，使定子塊跟隨轉（zhuǎn）筒波動而進行徑向與圓周（zhōu）方向的移動，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（zài）受到永磁體對其向下的吸（xī）引力的同時，彈性機構將上方其向（xiàng）下壓,下方定（dìng）子（zǐ）塊（kuài）被轉筒向（xiàng）下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置（zhì）的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒（tǒng）磨損較快。
本產品將永磁電機采用（yòng）模塊化控製，根據不同功（gōng）率的電機設計采（cǎi）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（jī）構成,多台模塊電（diàn）機共用同（tóng）一（yī）個轉子，模塊電（diàn）機包繞式安（ān）裝在（zài）球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設（shè）有固定（dìng）在支撐框架（jià）上的擋板來對定子塊（kuài）進行圓周方向的（de）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（tiě）心（xīn）及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安（ān）裝拆卸十分便捷，隻需要（yào）沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈（dàn）性機構、彈性機構與（yǔ）定子塊之（zhī）間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉（lā）出，進行檢修或更換（huàn）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（yōu）點
現階段大多（duō）數的球磨機（jī）仍采用三相感應（yīng）電（diàn）動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝置以及齒輪（lún）結構進行驅動。永磁同步電機與（yǔ）感應（yīng）電（diàn）機相比優勢是它有（yǒu）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難。這些也（yě）是（shì）近年來永（yǒng）磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用（yòng）永磁直驅，取消了中間的減速（sù）機、聯軸（zhóu）器（qì）、及齒輪的（de）傳動環節，縮（suō）短係統的傳動鏈，直驅（qū）係統（tǒng）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（bú）僅得（dé）到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方（fāng）便，還避免了傳統設備因漏油造成環境（jìng）汙染。
由於本產品電（diàn）機（jī）定（dìng）子（zǐ）采（cǎi）用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運（yùn）輸（shū）等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個（gè）小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降（jiàng）低大功率電機的（de）輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采（cǎi）用高（gāo）等級絕緣（yuán），模塊化（huà）電機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器（qì）容量，從而降低成本。球磨（mó）機運行（háng）在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅（qū）動（dòng）球（qiú）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，轉矩波動顯著增加，無法（fǎ）繼續正常運行。而本產品進行了模（mó）塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係（xì）統，大大提升了電機控製的自由度（dù）,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即（jí）可正常運行。模（mó）塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故（gù）障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運（yùn）行。使用本產品完全（quán）不會因電機發生故障而影響（xiǎng）到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動（dòng）等因素會發生轉子（zǐ）偏（piān）心現象，偏心嚴重時還（hái）會造成電機掃膛損（sǔn）壞電機（jī），實際生產中常常通（tōng）過增加氣隙大小來預（yù）防掃（sǎo）膛，而氣（qì）隙增大會導（dǎo）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（kuài）電機，能（néng）在轉（zhuǎn）筒偏心時保證（zhèng）定子與轉子之間的間隙恒（héng）定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生（shēng）掃（sǎo）膛現象，同時因為該隨動式定子（zǐ）結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低（dī）檢修次數就是提高生產效率。
4、隨（suí）動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨（mó）技術
1、立磨直驅對比於傳統感（gǎn）應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多（duō）樣性（xìng）
傳統（tǒng）立磨速（sù）度單一，工況（kuàng）適應能力差。遇到突發事件（jiàn），調整磨鞮高度來改變（biàn）係統工作環境，係統反應速度慢。永（yǒng）磁同步電機采用變頻調（diào）速，適應（yīng）工況能力強。遇到突發事（shì）件，除調整磨輾高（gāo）度外，還（hái）增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係（xì）統反應速度更快。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機（jī）無法（fǎ）在低速實現大轉矩輸出，需要額外（wài）的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（diàn）網造成過大的衝（chōng）擊，需增加軟起動裝置。三（sān）相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統（tǒng）構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特（tè）性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低（dī）速（sù）盤車係統起動，待三（sān）相感應電機（jī）達到起動條件後，軟起動裝置起（qǐ）動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程（chéng）需要盤車係統，將轉速提高到（dào）三相感應電機起動條件。直（zhí）驅係統直（zhí）接（jiē）變頻低速起動，係統直（zhí）接運行，係統控製簡單。變（biàn）頻控製起動過程可根據實際工（gōng）況進行調整，以滿（mǎn）足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取（qǔ）代（dài）盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少（shǎo）
係統各構成單元均需要時常（cháng）檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時（shí）立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在（zài）低速（sù）運行的情況下（xià）進（jìn）行係（xì）統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內（nèi）無減速器（qì），無需額外進行維護，係統（tǒng）維護成本（běn）低。同時，係統可實現在電機低速（sù）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（cǎi）用直（zhí）驅永磁電機取代傳（chuán）統驅動係統（tǒng）年節（jiē）電量達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/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（tú）
本新型立磨結構采用永磁直驅電（diàn）機（jī）驅動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正軸承與（yǔ）壓力軸承上進行突破，通過設計（jì）一種（zhǒng）雙向載荷扇形模塊（kuài）機（jī）構替代大直徑軸（zhóu）承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型（xíng）。
針對大（dà）、中（zhōng）、小型不同尺寸的立磨，分別設計了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，均能達到扶（fú）正與承壓的作用（yòng），並（bìng）且方便製造、裝配維護，節省成本。均（jun1）已申請專 利。
永（yǒng）磁直驅（qū）礦用（yòng）球磨（mó）機 
