1、技術背景
傳統的（de）球磨機（jī）、立磨機大（dà）都采用三相異步電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動（dòng）係統存在機械傳動鏈冗（rǒng）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（jiū）所與河南全（quán）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（yǔ）機械結（jié）構進行機電一體化設計，取（qǔ）消動力傳輸的中間環節，做（zuò）成直（zhí）驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機（jī）的（de）減速機（jī），顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強（qiáng）、係統免維（wéi）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（mó）塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功率電機（jī）做成了多個小功率電機。模塊（kuài）化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加（jiā）電機的輸入電流，電（diàn）機不必采（cǎi）用（yòng）高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻（pín）器（qì）聯合供電，這樣設計降低（dī）了電機的（de）供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立（lì）的控製（zhì）係統，大大提升了電機（jī）控製的自（zì）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（qū）動球磨機（jī）。
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結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動（dòng）從（cóng）而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品（pǐn）通過（guò）機械結構設（shè）計保證定子與轉（zhuǎn）子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙（xì）可以（yǐ）設（shè）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量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機（jī），更換新的模塊電機即可正常運行（háng）。使用本產品完全不（bú）會因電（diàn）機（jī）發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
本產品的隨動式定子結構構成一種“小（xiǎo）車結構”，滾筒就像公路，定子塊（kuài）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地麵貼合，即滾筒偏心浮（fú）動不影響（xiǎng）滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在（zài）球磨機因裝（zhuāng）配誤差、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（néng）正常運轉，保（bǎo）證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小（xiǎo），減少永磁體用量，並且因（yīn）為隨（suí）動式結構，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（yǒng）磁直驅電機（jī），采用獨立的扇（shàn）形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定（dìng）定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐（chēng）框架相連的彈性（xìng）機構。彈（dàn）性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨（mó）機滾筒（tǒng）向上波動，轉筒（tǒng）會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上（shàng）移動，上方彈性機構繼續壓縮（suō）;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引（yǐn）力的同時，定（dìng）子塊（kuài）上（shàng）的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟（gēn）隨轉筒波動而（ér）進（jìn）行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之（zhī）間（jiān）的間隙不變。球磨機滾筒向（xiàng）下複位或（huò）繼續向下波動，則上方定子塊在受到（dào）永磁體對其（qí）向下的吸引（yǐn）力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被（bèi）轉筒向下壓。
本產品彈性裝置（zhì）的壓力大（dà）小可調，對於不同位置的（de）定子塊設置不同的（de）壓力,避免因彈（dàn）性（xìng）裝置設置的（de）壓力過大造成滾輪或轉筒（tǒng）磨損較快。
本產品將永磁電機（jī）采（cǎi）用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定（dìng）子塊構成一台模塊電機，一台（tái）整圓（yuán）電機由多台模塊電機構成,多台模塊電（diàn）機共用同（tóng）一個轉子，模塊電機包繞式安裝在（zài）球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設（shè）有固定在支撐框架上的擋板（bǎn）來對定（dìng）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,用於支撐安裝電機轉子鐵（tiě）心（xīn）及磁鋼。
本產品（pǐn）的隨動式定子塊安裝拆（chāi）卸十分便（biàn）捷，隻（zhī）需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼（ké）、彈性機構、彈性機構（gòu）與定子塊之間的連接杆、彈性（xìng）機構支撐架，即（jí）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機的電機驅動係（xì）統的優（yōu）點
現階段大多數（shù）的球磨機仍采（cǎi）用三相感應電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝置以及齒輪結構進行（háng）驅動。永磁同步（bù）電機（jī）與（yǔ）感應電機相比（bǐ）優勢是它有（yǒu）較高的效率和（hé）功（gōng）率因數，損耗大大（dà）降低，節約了能源。永磁電機通過變（biàn）頻（pín）器進（jìn）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（zhè）些也是近年來永磁電（diàn）機應用越（yuè）來（lái）越廣泛的原因。
采用永（yǒng）磁直驅（qū），取（qǔ）消了中間的減速機、聯軸器、及齒（chǐ）輪的傳（chuán）動環節，縮短係統的傳動（dòng）鏈，直（zhí）驅係統（tǒng）的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故（gù）障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因（yīn）漏（lòu）油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加（jiā）工，製造，運輸（shū）等難度，還相當於把一個（gè）大功（gōng）率電機（jī）做（zuò）成了多個小功率電機（jī）。模塊化電機（jī）的控製技術可以實（shí）現降低大（dà）功（gōng）率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸（shū）入電流，電（diàn）機不必采（cǎi）用高等級絕緣，模塊化電機采用（yòng）多（duō）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（hé）使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨（mó）機運行在輕載工況時,完（wán）全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
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（jiā），平均轉矩下（xià）降，轉矩波動顯著增加，無（wú）法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電（diàn）機（jī）都具有一套（tào）獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其（qí）多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可（kě）以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正（zhèng）常運行。模塊化（huà）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模塊降額運行。使用本（běn）產品完全不（bú）會因（yīn）電機發生故（gù）障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載（zǎi）產生震動等因素會（huì）發（fā）生（shēng）轉子偏心現象，偏心嚴重時還會（huì）造成電機掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產中（zhōng）常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致（zhì）永（yǒng）磁體用量增加，提高（gāo）電機製（zhì）造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心（xīn）時保（bǎo）證定子（zǐ）與轉子之間的間隙恒定，可（kě）將氣（qì）隙做的更小，減少永磁（cí）體用量，電機不會（huì）發生掃膛（táng）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，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意（yì）圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅（qū）對（duì）比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負（fù）載工況多樣性
傳統立（lì）磨速度單一，工況適應能力差。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，適應工況能（néng）力強。遇到突發事（shì）件，除調整磨輾高度外，還增加了（le）速（sù）度（dù）調節（jiē）以快速適應係統工作環境，係統（tǒng）反應速（sù）度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統（tǒng）係統因三相感應電機無法在低（dī）速實現（xiàn）大轉矩輸出，需（xū）要額外的盤車係統滿足立磨的低速起（qǐ）動。為保（bǎo）證在電機起動過程不對電（diàn）網造成（chéng）過大的衝擊，需增加軟起動（dòng）裝置。三相感應電（diàn）機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需（xū）要，整個（gè）係統構成複雜，係統運行的（de）輔助設備（bèi）很多。直（zhí）驅係（xì）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，無需盤車係（xì）統和減速器（qì），輔（fǔ）助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條（tiáo）件後，軟起（qǐ）動裝置起動三（sān）相感（gǎn）應電機，係統運行。係統控製（zhì）複雜（zá），低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接（jiē）運行（háng），係統控製簡單。變頻控製（zhì）起動過程可根據實際工況進行調整（zhěng），以滿足各種工（gōng）況的需求。低速可過載輸出，滿足（zú）起（qǐ）動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統（tǒng）各構成單元均（jun1）需要（yào）時常檢查和定期（qī）維護，傳統係統構成（chéng）單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護（hù），維護成本費用高（gāo）。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行係（xì）統維護。直驅係統構成單（dān）元簡單，變頻器控製永磁同步電機直（zhí）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（chéng）本低。同時，係統可實現在電機低速運行情（qíng）況下進行係統維護。
(5）傳動效率高（gāo）,節能效果明顯（xiǎn）
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節（jiē）電量達181萬（wàn）元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直（zhí）驅係統的（de）優勢與（yǔ）球磨機直驅係統相同，這裏不再（zài）一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構（gòu）示意圖
本新（xīn）型立磨結構（gòu）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（shè）計（jì）一種雙向載（zǎi）荷扇形模塊（kuài）機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用（yòng）型。
針對大、中、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（diàn）機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均（jun1）能（néng）達到扶（fú）正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節（jiē）省成本。均已申（shēn）請專 利。
永磁直驅礦用球（qiú）磨機 
