1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機（jī）、聯軸器、減速裝置以及（jí）齒輪結構進行驅動，導致（zhì）球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、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（suǒ）與河南全新機電設備有限公司聯合設計（jì）研發的球磨機、立磨機（jī）采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消（xiāo）動力傳輸的中間環節，做（zuò）成直驅（qū）方案，能直（zhí）接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因（yīn）數，具（jù）有節能、起動轉矩大、過（guò）載能力強、係（xì）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、運輸等難度，還（hái）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（kòng）製技術（shù）可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不（bú）增加電機（jī）的輸入電（diàn）流（liú），電機不必采用高等（děng）級絕緣。模塊化（huà）電機采用（yòng）多台小功（gōng）率變頻器聯合供電，這樣設計降低了（le）電機的供電電壓和使用（yòng）的（de）變頻器容（róng）量，從而（ér）降低成本。每個模塊電（diàn）機都具有一（yī）套（tào）獨立（lì）的控製係（xì）統，大大提升了電（diàn）機（jī）控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行（háng）部分模塊電機驅動球磨機。
在（zài）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結構，將整圓的定（dìng）子分（fèn）成若幹個相（xiàng）互存在間隙的小扇形塊，通過（guò）機械（xiè）結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定（dìng）子塊始終跟（gēn）隨（suí）轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結（jié）構。本產品通過機械（xiè）結構設計保證（zhèng）定子與轉子間的間隙恒定，電機不（bú）會（huì）發生掃（sǎo）膛現象，因此（cǐ）電機的（de）氣隙可以設計的（de）比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用（yòng）量，降低生產成本，節（jiē）約（yuē）稀土資源，節能用電量。當模塊發生（shēng）故障時，直（zhí）接拆卸故障電機，更換新的模（mó）塊電機即可正常運行。使用本產品完全（quán）不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨（mó）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（chē）結構”，滾筒就像公路，定子塊就（jiù）像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公（gōng）路行駛，公路的起伏不（bú）影響車輪與地麵貼合，即滾（gǔn）筒偏心（xīn）浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因（yīn）裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏（piān）心、氣隙不均勻時，仍能正常運（yùn）轉，保證磨機始終運行在性能狀態（tài），不必停機檢修。同時電機（jī）定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且（qiě）因為隨動式結構，電機不會發生掃膛（táng）現象。
本產品（pǐn）電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇（shàn）形定（dìng）子塊結構，其隨（suí）動原理（lǐ）是在定子塊的軸向（xiàng）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，定子塊徑向（xiàng）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（yú）半壓縮狀態（tài）,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上（shàng）安（ān）裝（zhuāng）的滾輪，進而（ér）帶動（dòng）定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受（shòu）到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上（shàng）的彈性機構將其向上頂（dǐng），保證下方定子塊的滾輪依然貼（tiē）合轉筒外表麵，使定子（zǐ）塊跟隨轉筒（tǒng）波動而進行徑向與圓周（zhōu）方向的移動，從而（ér）保證定子（zǐ）、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下（xià）複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其（qí）向下的吸引力的同時，彈性（xìng）機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉（zhuǎn）筒向（xiàng）下壓。
本產品彈性裝置的壓力（lì）大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的壓（yā）力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造（zào）成滾輪或（huò）轉筒磨損較快。
本產品將永磁（cí）電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設（shè）計（jì）采用不同個數的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機（jī）構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電（diàn）機包繞（rào）式安裝在球（qiú）磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支（zhī）撐框（kuàng）架上的擋板（bǎn）來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板（bǎn）,用於支撐安裝電機轉子鐵心（xīn）及磁鋼。
本產品（pǐn）的隨動式定子塊安裝拆卸（xiè）十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外（wài）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，即可將定子塊沿（yán）徑向拉出，進行檢修或更換新的（de）定子塊。
3、采用本產（chǎn）品（pǐn）代替傳（chuán）統磨機的電機驅動係統的優點
現階段（duàn）大多數的球磨機仍采用三相感應電（diàn）動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。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，損耗大大降低，節約（yuē）了能源。永磁電機（jī）通過變頻器進行調速，電機（jī）運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機（jī）應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的（de）減速機、聯軸器、及齒輪的傳動（dòng）環節，縮短係（xì）統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少（shǎo）20%。球磨機直（zhí）驅係統的傳動效率不僅得到大幅（fú）提升，而且（qiě）直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設（shè）備因漏油造成環境（jìng）汙染。
由於本產品電機定（dìng）子采用了模塊化設計，不僅降低了加工（gōng），製造，運輸等難度，還相當於（yú）把一個大功率電機做成了多個小功率電機（jī）。模塊化（huà）電機的（de）控製技術可以實（shí）現降低大功率（lǜ）電機的輸入（rù）電壓，但是不增加（jiā）電機的輸入電流，電機不必采用高等（děng）級絕緣（yuán），模塊化電機采用多台小功率變頻器（qì）聯合供電。這樣設計降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（mó）機運（yùn）行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動（dòng）球磨機。
傳統（tǒng）電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波（bō）含量增加，平均（jun1）轉（zhuǎn）矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行（háng）。而本（běn）產品進（jìn）行了（le）模塊化設計，每個模塊電機都（dōu）具有一（yī）套（tào）獨立的控製係統，大大提（tí）升了（le）電（diàn）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（gù）障電機更換新的模塊電（diàn）機即可正常運行。模（mó）塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子（zǐ）模塊而控製其（qí）餘正常子模（mó）塊降額（é）運行（háng）。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工（gōng）誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變或重載（zǎi）產生震動等（děng）因（yīn）素會發生轉子偏（piān）心（xīn）現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常（cháng）常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致（zhì）永磁體用量（liàng）增加，提高電機製（zhì）造（zào）成本。隨動式定子結（jié）構的模塊電（diàn）機，能在轉筒偏心時保證定子（zǐ）與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少（shǎo）永磁體（tǐ）用量（liàng），電機（jī）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（shí）能繼續正常工作（zuò），檢修次數（shù）更少，工作時間更長，大體積球磨（mó）機檢修（xiū）複雜，降低檢修次（cì）數就是提高生產效率。
4、隨（suí）動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技（jì）術（shù）
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 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（shì）應能力（lì）差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來（lái）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，適（shì）應（yīng）工況能力強。遇到突（tū）發事件，除調整磨輾高（gāo）度外，還增加了速度調節以快速適（shì）應係統（tǒng）工作環境，係統反應速度更（gèng）快。
(2）係統簡單,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（é）外的盤車係統滿（mǎn）足立磨的低速起動（dòng）。為保（bǎo）證（zhèng）在電機起動過程不對電網造成過大的（de）衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動（dòng）後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的（de）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（xū）要，無需盤車係統和減速器（qì），輔助係（xì）統少（shǎo），結構簡單。
(3）變（biàn）頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感（gǎn）應（yīng）電機達到起動條件後，軟起動（dòng）裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過（guò）載輸出。在低速過程（chéng）需（xū）要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直（zhí）接變頻（pín）低速起（qǐ）動（dòng），係（xì）統直接運行，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（dài）盤車（chē）係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構（gòu）成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同（tóng）時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低（dī）速運行的情況下進（jìn）行係統維護。直驅係統構成單元簡（jiǎn）單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無（wú）減速器，無需額外進行（háng）維（wéi）護，係統維護（hù）成本低。同時，係統（tǒng）可實現在電機低速運（yùn）行情況下進行係（xì）統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅（qū）永磁電機（jī）取代傳統驅動係統年節電量達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（zhí）驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙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（shè）計了三種（zhǒng）立（lì）磨專用永磁電機，代（dài）替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直（zhí）驅電機（jī）具有雙向載荷機構與不同（tóng）的放置位置，均能達到扶正與承（chéng）壓的作（zuò）用，並且方便製造、裝配維（wéi）護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
