1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采（cǎi）用三相異步電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構（gòu）進行驅動（dòng），導致球磨機的傳動係統（tǒng）存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運（yùn）行維護工作量大等（děng）問題。
沈陽工業大學電機與控製技（jì）術（shù）研究所與（yǔ）河南全新機電（diàn）設備有限公司聯合設計研發的球磨（mó）機、立（lì）磨機采用（yòng）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，取消動力（lì）傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接（jiē）滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機（jī），顯（xiǎn）著提高（gāo）了電（diàn）機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度（dù）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（le）加工、製造、運輸等（děng）難度，還相當於（yú）把（bǎ）一個大功率電機做成了多個小（xiǎo）功率電機（jī）。模塊化（huà）電機的控製技術可以（yǐ）實現降低大功率電機的輸入電壓（yā），但是不增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等級絕（jué）緣。模塊化電機采用多台小功率變（biàn）頻（pín）器聯合供電，這樣設計降低了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（jù）有一套獨立的（de）控製係（xì）統，大（dà）大提升了電機控（kòng）製的自由度，球磨機（jī）運行在輕載（zǎi）工（gōng）況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨（mó）機。
在（zài）結構方麵（miàn），本產品電機的定子采（cǎi）用了一種自主設計研（yán）發的隨動式結構，將整圓的定（dìng）子分成若幹個相互存在間（jiān）隙的小扇形（xíng）塊，通過機械結構設計，確定了一種無（wú）論球磨機（jī）轉筒是否震動（dòng）或偏心，定（dìng）子（zǐ）塊始終跟隨轉筒（tǒng）運動從而保持定子與轉子間隙恒定的（de）結構。本產品通過機械結構設計保（bǎo）證定子與轉子（zǐ）間的間隙恒定，電機不（bú）會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比（bǐ）普（pǔ）通永磁直驅（qū）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（yuē）稀土資源，節能用電量。當模塊發生故（gù）障（zhàng）時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運（yùn）行。使用本產（chǎn）品完全不（bú）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（suí）動式定子結（jié）構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪（lún）貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公（gōng）路的起（qǐ）伏不影響（xiǎng）車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動（dòng）不影響滾輪貼合滾（gǔn）筒，保證定子、轉子間隙（xì）恒定，在球磨機因裝配誤差（chà）、軸承磨損、滾（gǔn）筒形（xíng）變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均（jun1）勻時，仍能正常（cháng）運轉，保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（zǐ）間的（de）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（jī）不會發生掃膛現象。
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（jī），采用獨（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（hé）滾筒來確定定子與轉子間（jiān）的間隙，定子塊徑向外側設（shè）有（yǒu）與支撐框架相（xiàng）連（lián）的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓（yā）縮狀態,如果球磨機滾筒向（xiàng）上波動，轉（zhuǎn）筒會向上頂定子塊上安裝的滾（gǔn）輪，進而帶動（dòng）定子塊向上移動，上方彈性（xìng）機構（gòu）繼續壓縮;下方定子塊在受到（dào）永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將（jiāng）其向上頂，保證下方定子塊的滾（gǔn）輪（lún）依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向（xiàng）與圓周方向的移動，從而保證定子、轉（zhuǎn）子之間（jiān）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（cí）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（dìng）子塊被轉筒向下（xià）壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定（dìng）子塊設置（zhì）不同的（de）壓力,避免因彈性裝置設（shè）置的（de）壓力過大造成滾輪或轉（zhuǎn）筒磨損較快。
本產品將（jiāng）永（yǒng）磁（cí）電機采用模塊化控製，根（gēn）據（jù）不同功率的電機設計采用（yòng）不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊（kuài）電機，一台整（zhěng）圓電機由多台模塊電（diàn）機構成,多台模塊電（diàn）機共用（yòng）同（tóng）一個（gè）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（kuài）間設有固定在支撐框架（jià）上的擋板來對定子塊進（jìn）行圓周（zhōu）方向的限位。球磨機滾（gǔn）筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產（chǎn）品的（de）隨動（dòng）式定子塊安裝拆卸十分便（biàn）捷，隻需要沿球（qiú）磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性（xìng）機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用（yòng）本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大（dà）多數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步（bù）電機與感應電機相比優勢（shì）是它有較高的效（xiào）率和功率因數，損耗大大降低（dī），節約了能源。永磁（cí）電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度（dù）快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來（lái）永磁電機應用越（yuè）來越廣泛的（de）原因。
采用永磁直驅（qū），取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係（xì）統的傳動（dòng）效率（lǜ）將提升至少（shǎo）20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得（dé）到大幅提升，而（ér）且（qiě）直驅（qū）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染。
由於（yú）本產品電機定子采（cǎi）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（lǜ）電機（jī）做成了多個小功率電（diàn）機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機的（de）輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機（jī）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（diàn）壓和使用的變頻器容量（liàng），從而降（jiàng）低（dī）成本。球磨機（jī）運行在輕載工況時,完全可以隻運（yùn）行（háng）部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時（shí），會導致電（diàn）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，無法繼續正（zhèng）常運行。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，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和（hé）控（kòng）製靈活的優勢，在發生故障（zhàng）時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機（jī）即可正常運行（háng）。模塊化電機（jī）具有冗餘的模塊（kuài）數，也可切（qiē）除故障子（zǐ）模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完全不會因電機（jī）發生故障而影響到生產工期（qī）。
球磨機因（yīn）加工誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象（xiàng），偏心嚴重時還會造成（chéng）電機掃（sǎo）膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防（fáng）掃膛，而氣隙增大會導致永磁體（tǐ）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（zài）轉筒偏心（xīn）時（shí）保（bǎo）證定子（zǐ）與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的（de）更小（xiǎo），減（jiǎn）少永磁體用量，電機（jī）不會發生掃膛現（xiàn）象，同時因為該隨動式定（dìng）子結構（gòu）在偏心時能繼續正常工作，檢（jiǎn）修次數更少，工作（zuò）時間更長，大體積球磨機檢修複雜（zá），降低檢修次數就是提高生產（chǎn）效（xiào）率。
4、隨動（dòng）式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感（gǎn）應電機的優點( 1）變頻（pín）調速控製（zhì），實現負（fù）載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況（kuàng）適應（yīng）能力差。遇到突發事（shì）件，調整（zhěng）磨鞮高（gāo）度來（lái）改變係統工（gōng）作（zuò）環境，係統反（fǎn）應速度慢。永磁同步電機（jī）采用（yòng）變頻調速，適（shì）應（yīng）工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾（niǎn）高度外，還增加了速度（dù）調節以（yǐ）快速適（shì）應係統工作環境，係統反應速度更快（kuài）。
(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實現大轉矩輸（shū）出，需（xū）要額外的盤車（chē）係統滿足立磨的低速起動。為（wéi）保證在電機起動（dòng）過程不對電網造成過大的衝擊，需（xū）增加軟起動裝置。三相感應電機起（qǐ）動後，通過減速器滿（mǎn）足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備（bèi）很（hěn）多（duō）。直驅係統由變（biàn）頻控製係統控製永磁（cí）同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統（tǒng）和減速器，輔助係統少，結構簡單（dān）。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意（yì）設定
傳（chuán）統係統先由低（dī）速盤車係統起動（dòng），待三相（xiàng）感應電機達到起動條（tiáo）件後，軟起動裝（zhuāng）置起動三相感應電（diàn）機，係統運行。係統控製複雜（zá），低速無法實現過（guò）載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高（gāo）到三相（xiàng）感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡（jiǎn）單。變（biàn）頻控製起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（qiú）。低速可過載輸出，滿足起動需要（yào），取代盤車係統。
(4）無減速（sù）器，維護成本更低,維護次數少
係統（tǒng）各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係（xì）統構成單（dān）元多。同（tóng）時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成（chéng）本費用高。同時係統無法實現在低速運行（háng）的情況下進行係統維護。直（zhí）驅係統構（gòu）成單元簡單，變頻器（qì）控製（zhì）永磁同步電機直接驅動（dòng），控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本（běn）低。同時，係統可實現在電機低速運行（háng）情況下進行（háng）係統（tǒng）維護。
(5）傳（chuán）動效率高,節能效果明顯
綜上采用（yòng）直驅永磁電機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（yōu）勢與球磨機直（zhí）驅係（xì）統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立（lì）磨結構示意圖（tú）
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（mó）扶（fú）正軸承（chéng）與壓力軸承上進行突破，通過設計一（yī）種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加（jiā）工（gōng）、生產（chǎn）、運輸、裝配、維（wéi）修，並降低（dī）成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同（tóng）尺寸的立磨，分別設計了三種立磨（mó）專（zhuān）用永磁電（diàn）機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁（cí）直（zhí）驅電機具有（yǒu）雙向（xiàng）載荷機構與（yǔ）不同的放置位置，均能達到扶（fú）正與承壓的作用，並（bìng）且方便製造、裝（zhuāng）配維護，節省成（chéng）本（běn）。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
