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、聯（lián）軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械（xiè）傳動鏈（liàn）冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作（zuò）量大（dà）等問題。
沈陽工業大（dà）學電（diàn）機與控製技術研究所與河南全新機電（diàn）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電（diàn）一體（tǐ）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（zǎi）的需求，省去傳統磨（mó）機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具（jù）有節能（néng）、起動轉矩大（dà）、過載能力強、係統（tǒng）免維護、自動化程度高（gāo）等優點。
在控（kòng）製方麵,本產品電機定子采用（yòng）了（le）模（mó）塊化設（shè）計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當（dāng）於把一個大功率電機做成了多（duō）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機的輸入電壓，但是不增加（jiā）電機的（de）輸入電流，電機（jī）不必采（cǎi）用高等（děng）級絕緣。模塊化電機采用多台小功率（lǜ）變頻器聯合供（gòng）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。每個模塊電機都具有一套獨（dú）立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨（mó）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（jié）構方麵，本產品電機的定子采用了一種（zhǒng）自主設計（jì）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（jì），確定了一種（zhǒng）無論球磨機（jī）轉筒是否（fǒu）震動或偏心，定子（zǐ）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定，電機不會（huì）發（fā）生掃膛（táng）現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永（yǒng）磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量（liàng），降低生產成本，節約稀土資源（yuán），節能用電量（liàng）。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（jī）發生故障而（ér）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（běn）產品的隨（suí）動式（shì）定子結構構成一種“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（dāng）於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與（yǔ）地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合（hé）滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球（qiú）磨機因（yīn）裝配誤差、軸承磨（mó）損、滾筒（tǒng）形變、重載震動等（děng）原因造成電機偏心、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，不必停機檢修（xiū）。同（tóng）時（shí）電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現（xiàn）象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用（yòng）獨（dú）立的扇形定子塊結構，其隨動原理是（shì）在定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，定子塊徑向外側設有與（yǔ）支撐框（kuàng）架相連（lián）的彈性機構。彈性機構在球磨機（jī）滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒（tǒng）向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝（zhuāng）的滾（gǔn）輪，進而帶動（dòng）定子塊向上移動，上方彈性（xìng）機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體（tǐ）對（duì）其（qí）向上的吸引（yǐn）力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保（bǎo）證下方定（dìng）子塊的滾輪依然貼合（hé）轉筒外表麵，使定子塊跟隨（suí）轉筒波動而進行徑（jìng）向與圓周方向的移動，從而保證（zhèng）定子、轉子之間的間隙不（bú）變。球（qiú）磨機滾筒向下複位或繼續（xù）向下波（bō）動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向（xiàng）下壓。
本產品彈性裝置（zhì）的壓力大小可調，對於不同位置的定子（zǐ）塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置（zhì）設置的壓力過大造成滾輪（lún）或（huò）轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊（kuài）化控製，根（gēn）據不同功率的電機設計采用不（bú）同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機（jī），一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電（diàn）機共用同一個（gè）轉子，模塊電（diàn）機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的（de）擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾（gǔn）筒的（de）法蘭處銜接T型支撐板,用（yòng）於支撐安裝電機轉子鐵心（xīn）及磁鋼。
本（běn）產品的隨（suí）動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構（gòu）與定子塊之間的連接杆、彈性機構（gòu）支撐架，即可（kě）將定子塊沿（yán）徑（jìng）向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本（běn）產品代替傳統（tǒng）磨機的電機驅動係統的優點
現階段大（dà）多數的球磨機仍（réng）采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電（diàn）機相比（bǐ）優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節（jiē）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（tǒng）響（xiǎng）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越來越（yuè）廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消（xiāo）了中間（jiān）的減速機、聯軸器、及齒（chǐ）輪的傳（chuán）動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率（lǜ）將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動（dòng）效率不僅得到大幅提升，而且（qiě）直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造（zào）成環境汙染。
由於（yú）本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）低了加工，製造，運輸（shū）等（děng）難度（dù），還（hái）相當於把一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流（liú），電機不（bú）必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多台小功率（lǜ）變頻器聯合供電（diàn）。這樣設（shè）計（jì）降低了電機（jī）的供電電壓和使用的（de）變頻器容量，從（cóng）而降（jiàng）低成本。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。
傳統電（diàn）機故（gù）障時，會導（dǎo）致（zhì）電機合成磁動勢發生畸變（biàn），諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續（xù）正常運行。而本產品進（jìn）行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控製（zhì）係統，大大提升了（le）電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發（fā）生故障時。可以直接拆卸故（gù）障電機更（gèng）換（huàn）新的模塊（kuài）電機即可正常運行。模塊化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（zhèng）常子模塊降額運行。使用本（běn）產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期（qī）。
球磨機因加工誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形（xíng）變或重載產生震動等因素會發（fā）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（jì）生產中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，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證（zhèng）定子與轉子之間的間（jiān）隙恒定，可將氣隙做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，電機不會發生掃膛現（xiàn）象，同時因（yīn）為該隨動式定子結構在偏心時（shí）能繼續正常工作，檢修次數更少，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。
4、隨動式球磨（mó）機裝配示（shì）意圖
二、永磁直（zhí）驅立磨技術
1、立（lì）磨直驅對比於傳統感應電機的優點（diǎn）( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立（lì）磨（mó）速度單一，工況適應（yīng）能（néng）力差。遇到（dào）突發事件，調整（zhěng）磨鞮高度來改變（biàn）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）應工況能力強（qiáng）。遇（yù）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（jìng），係統反（fǎn）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無法（fǎ）在低速實現大轉矩輸出（chū），需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起（qǐ）動過程不對電網造成過（guò）大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後（hòu），通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永（yǒng）磁同步電（diàn）機起動，轉矩（jǔ）特性滿足需要，無需盤車係統和減速（sù）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
傳統係統先由低速盤車係統起（qǐ）動，待三（sān）相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置（zhì）起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感（gǎn）應電機起動條件。直驅係統直接變頻（pín）低速起動，係統直接運行，係統控製（zhì）簡單。變頻控（kòng）製起（qǐ）動過程可根據實際工況進行調（diào）整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足（zú）起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少（shǎo）
係統各構成單元均（jun1）需（xū）要時常檢查和定期維護（hù），傳統係統構成單元多。同時立磨（mó）減速器結構複雜需要經常維護，維護成（chéng）本費用高。同時係（xì）統（tǒng）無法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元（yuán）簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外（wài）進行維護，係統維護成本低（dī）。同時，係（xì）統可實現在電機低速運行情況下進行係統維（wéi）護。
(5）傳動效率高,節能效果（guǒ）明顯
綜上采（cǎi）用直驅永磁電機取代傳統驅（qū）動係統（tǒng）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（jié）構示意（yì）圖
本新型立磨結構采用（yòng）永磁直驅電機驅動（dòng）,提高了立磨（mó）效率。在（zài）立磨扶（fú）正軸承（chéng）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（zhí）徑軸（zhóu）承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修（xiū），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（mó），分別設計了三種立（lì）磨專用永磁電機（jī），代替傳統的（de）減速機與三相異步電動機，永磁（cí）直驅電機具有雙向載荷機構（gòu）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、裝配維護，節省成（chéng）本。均已申請專 利。
永磁直（zhí）驅礦用球磨機 
