1、技術背景
傳統的（de）球磨機、立磨機大都采用三相異（yì）步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機（jī）的傳（chuán）動係統存在（zài）機械傳（chuán）動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量（liàng）大等問題。
沈陽工業大學（xué）電機與控製技術研究所與河南全（quán）新機電設備有限公司聯合設計研發的（de）球磨（mó）機、立磨機（jī）采用永磁（cí）直驅電機,通（tōng）過將電動機與機械結構進行（háng）機電一（yī）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，省去傳統磨（mó）機的（de）減速機，顯（xiǎn）著提高了電機的效率與功率因數，具有（yǒu）節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自（zì）動化程度高等優點。
在控製（zhì）方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不（bú）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做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可（kě）以實現降低（dī）大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸（shū）入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化（huà）電機采（cǎi）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（de）變頻器容（róng）量，從而降（jiàng）低成本。每個模塊（kuài）電機都具有一套（tào）獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球（qiú）磨機運行（háng）在輕載工況時，完全可以隻運行部分模（mó）塊電機驅（qū）動（dòng）球磨機。
在結構方麵，本產（chǎn）品電機的定子采用了一種自主（zhǔ）設計研發的隨（suí）動式結構，將整圓的定子分成若（ruò）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（lùn）球磨機轉筒是否震動或（huò）偏心，定子塊始（shǐ）終跟隨轉筒運動從而保（bǎo）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（zhèng）定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發（fā）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（diàn）機的小很多，從（cóng）而大（dà）幅降低（dī）電機永磁體用（yòng）量（liàng），降低生產（chǎn）成本，節約稀（xī）土資（zī）源，節能用（yòng）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（chǎn）工期（qī）。
2、球磨機專（zhuān）用隨動式永磁直（zhí）驅電（diàn）機概述（shù）
本產品的（de）隨動（dòng）式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒（tǒng）就像公路，定子（zǐ）塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在公（gōng）路（lù）行（háng）駛，公路的起伏不（bú）影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保（bǎo）證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨（mó）損、滾筒（tǒng）形變、重載震（zhèn）動等原因造（zào）成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨（mó）機始終運（yùn）行（háng）在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定（dìng）子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因（yīn）為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機（jī）的定子為隨動式結構,基（jī）於模（mó）塊化永磁直驅電機，采用（yòng）獨立的（de）扇形定子塊結構，其隨動原理是在定（dìng）子塊的軸向兩（liǎng）側安裝滾輪且（qiě）滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定（dìng）子塊徑（jìng）向外側設有與支（zhī）撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，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，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁（cí）體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其（qí）向上頂，保證下方定子塊的（de）滾輪依然貼合轉筒（tǒng）外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓（yuán）周方（fāng）向的移動，從而保證定子、轉（zhuǎn）子之間的間（jiān）隙不變。球磨（mó）機滾筒向下複位或繼續向下波（bō）動，則（zé）上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構（gòu）將上方其（qí）向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置（zhì）的（de）定子塊設置不同的壓力,避免因（yīn）彈性裝（zhuāng）置（zhì）設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將（jiāng）永磁電機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個（gè）數的隨動式定子塊（kuài）構成一台模（mó）塊電機，一台整圓電機由多（duō）台模塊電機（jī）構（gòu）成,多台模塊電機共用同一個（gè）轉子，模塊電（diàn）機（jī）包繞（rào）式安裝在球磨（mó）機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設（shè）有（yǒu）固定在（zài）支（zhī）撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機（jī）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）心及磁鋼。
本產（chǎn）品的隨（suí）動式（shì）定子塊（kuài）安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的（de）徑向依次拆卸密封外殼（ké）、彈性機構、彈性機構與定子（zǐ）塊之間的連（lián）接杆、彈性機（jī）構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進（jìn）行檢修或（huò）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（xiàn）階段大多數的球（qiú）磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結構（gòu）進行驅動。永（yǒng）磁同步電機與感應電機（jī）相比優勢是它有較高的效（xiào）率和功率因數，損耗（hào）大大降低，節約（yuē）了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平（píng）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應用（yòng）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、及齒輪的傳動環節，縮短係（xì）統的（de）傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提（tí）升至少20%。球磨機（jī）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（wū）染。
由於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，還相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化（huà）電（diàn）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（jī）的輸入電流（liú），電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了（le）電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機（jī）運行在輕載工況時,完全（quán）可以隻運行部分模塊電機驅動球磨（mó）機（jī）。
傳統（tǒng）電機故障時，會導致電機合成磁動勢發（fā）生畸（jī）變，諧波含量增加（jiā），平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼（jì）續（xù）正常運（yùn）行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統（tǒng），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（jiē）拆卸故（gù）障電機更換新的模塊電機（jī）即可正常運行。模塊（kuài）化電（diàn）機具有冗餘的模塊（kuài）數，也可（kě）切除故障子（zǐ）模塊而控製其餘正常子模塊降額運（yùn）行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸（zhóu）承磨損、滾（gǔn）筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，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（guò）增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增（zēng）大會導致永（yǒng）磁體（tǐ）用量增（zēng）加，提高電機製造（zào）成本（běn）。隨動式定子結構的模塊電機，能（néng）在轉筒（tǒng）偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙（xì）做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，電機不會發生（shēng）掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能（néng）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（suí）動式（shì）球（qiú）磨機裝配示意圖（tú）
二、永磁直驅立（lì）磨（mó）技術
1、立磨直驅對比於傳統（tǒng）感應電（diàn）機的優（yōu）點( 1）變頻（pín）調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能（néng）力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應（yīng）工況能力強。遇（yù）到（dào）突發事件，除（chú）調整磨輾高度外（wài），還增加了速度調節以（yǐ）快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單（dān）,可（kě）靠性高
傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出（chū），需要額（é）外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（bú）對（duì）電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機（jī）起（qǐ）動後，通（tōng）過減（jiǎn）速器滿足係統轉（zhuǎn）矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備（bèi）很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同（tóng）步（bù）電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和（hé）減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變（biàn）頻器軟起動，起動過程隨意設定（dìng）
傳統係統先由低速盤車係統起動（dòng），待三相感應電（diàn）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（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（sān）相感應電機起動條件（jiàn）。直驅係（xì）統直接變頻低速起動（dòng），係統直接運行，係統控（kòng）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（gè）種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係（xì）統。
(4）無減速器（qì），維護（hù）成本更低,維護次數少
係統各構（gòu）成單（dān）元均需要時（shí）常（cháng）檢查（chá）和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨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（jìn）行係統維護（hù）。直（zhí）驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直（zhí）接（jiē）驅動，控製方便。係統內無減（jiǎn）速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時（shí），係統可實現在電機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
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅（qū）係統（tǒng）的優勢與球磨機直驅（qū）係（xì）統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意（yì）圖
本新型立磨（mó）結構采用永磁直驅電機驅動,提（tí）高了立磨效率。在立磨（mó）扶（fú）正軸承與壓力軸承上進行突破（pò），通過（guò）設計一（yī）種雙（shuāng）向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加（jiā）工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成（chéng）本,在工程（chéng）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（bié）設計了三種立磨專用永磁電機（jī），代替傳統的減速機與三相異步電（diàn）動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放（fàng）置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利（lì）。
永磁直驅礦用球磨機 
