1、技術背景
傳統的（de）球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機（jī）、聯軸器、減（jiǎn）速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致（zhì）球磨機的傳動係統（tǒng）存在機械（xiè）傳動鏈冗長、效（xiào）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與河南全（quán）新機電設備有限公司聯合設計（jì）研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機（jī）,通過將電動機與機械結構進行機電一體（tǐ）化設計，取消動力（lì）傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了（le）電機的（de）效率（lǜ）與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能（néng）力強、係統免維護、自動化程度（dù）高等優點。
在控製方（fāng）麵,本產品電機（jī）定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降（jiàng）低了（le）加工、製造、運輸等難度（dù），還相當於把（bǎ）一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化（huà）電機的控製技術可以（yǐ）實現降低大功（gōng）率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用（yòng）高等級絕緣（yuán）。模（mó）塊化電機采用多台小功率變（biàn）頻器（qì）聯合供（gòng）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（dōu）具有一套獨立（lì）的控製係統（tǒng），大大（dà）提升了電機控製的自由度，球磨機（jī）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。
在結構方（fāng）麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發（fā）的（de）隨動式（shì）結構，將（jiāng）整圓的定子分成若幹個相互（hù）存在間隙的小扇形塊（kuài），通過機（jī）械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是（shì）否震動或偏心，定子塊始（shǐ）終（zhōng）跟隨轉筒運動從而（ér）保持定（dìng）子與轉子間隙恒定的（de）結（jié）構。本產品通過機械（xiè）結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定（dìng），電機不會發生掃（sǎo）膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普（pǔ）通永磁直驅電機的小很多，從（cóng）而大（dà）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（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（cháng）運行。使用本產品（pǐn）完全（quán）不會因電機發生故障而（ér）影響到生產工期（qī）。
2、球磨機專用隨動式永磁（cí）直驅（qū）電機概述
本（běn）產品的隨動式定子結構（gòu）構成一種“小（xiǎo）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（xiàng）當於汽車（chē）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（xīn）浮動不（bú）影響滾輪（lún）貼合滾筒（tǒng），保證定子、轉子間隙（xì）恒定，在球磨機因裝配（pèi）誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形變、重載（zǎi）震動等原因造成電機（jī）偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機（jī）始終（zhōng）運行在性能狀態，不（bú）必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更（gèng）小，減少永（yǒng）磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃（sǎo）膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直（zhí）驅電機，采用獨立（lì）的扇形定子塊結構，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定子與轉子間的間隙，定子（zǐ）塊（kuài）徑向外側（cè）設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨（mó）機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態（tài）,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會（huì）向上（shàng）頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動（dòng），上方彈性機構繼續壓縮;下方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其（qí）向上（shàng）的吸引力的同時，定（dìng）子塊上（shàng）的彈性機構將其向（xiàng）上頂，保（bǎo）證下（xià）方定子塊（kuài）的滾輪依然貼合（hé）轉筒（tǒng）外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體（tǐ）對其向下的吸引力的同（tóng）時，彈性機（jī）構（gòu）將上方（fāng）其向下壓,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（yú）不同位置的定子塊設（shè）置（zhì）不同的壓（yā）力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成（chéng）滾輪（lún）或轉筒磨損較快。
本（běn）產品將永磁電機采用模（mó）塊化控製，根據不同功率的電機設計采用（yòng）不同個數（shù）的隨動式（shì）定（dìng）子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊（kuài）電（diàn）機共用同一（yī）個（gè）轉子，模（mó）塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰（lín）隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板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,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊（kuài）安裝拆卸（xiè）十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸（xiè）密封外殼、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（kě）將（jiāng）定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品（pǐn）代替傳統磨機的電機驅動係統（tǒng）的優點
現階段大（dà）多（duō）數的球磨機仍采用三相感應電動機（jī）、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動。永（yǒng）磁同步電機與感（gǎn）應電機相比優（yōu）勢是它有較高的效率和（hé）功率（lǜ）因數，損耗大大降低（dī），節約了能源。永磁（cí）電機通（tōng）過（guò）變頻器進行調速（sù），電機運行平穩，係統響（xiǎng）應速度快，感應電機則（zé）起動相對（duì）困難。這些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間（jiān）的減（jiǎn）速機（jī）、聯軸器、及（jí）齒輪的傳動環節，縮短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係（xì）統的傳（chuán）動效（xiào）率（lǜ）將提升至少20%。球磨機直驅係統（tǒng）的傳動效率（lǜ）不（bú）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染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計（jì），不僅降（jiàng）低了加工，製造，運（yùn）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（kòng）製技（jì）術可（kě）以實現降低（dī）大功率電機的輸入電壓，但是不（bú）增加（jiā）電機的（de）輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模（mó）塊化（huà）電機采用多台小功率變頻（pín）器聯合（hé）供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變（biàn）頻器容量，從而（ér）降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可（kě）以隻運行部分模塊電機（jī）驅（qū）動球磨機。
傳統電機故障時，會導致（zhì）電機（jī）合成磁動勢發生畸（jī）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（shēng）了電機控製的自（zì）由度（dù）,可（kě）以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故（gù）障時。可以直（zhí）接拆卸故障電（diàn）機更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行（háng）。模塊化電機具有冗餘的模（mó）塊數，也可切除故障子（zǐ）模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品（pǐn）完全不會因電機（jī）發生故（gù）障而影響到生產（chǎn）工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變或重（chóng）載產生（shēng）震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造（zào）成電機掃膛（táng）損壞電機，實際生（shēng）產中常常通過增加氣隙大小（xiǎo）來預防掃膛（táng），而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動（dòng）式（shì）定子結構（gòu）的模塊電機，能在轉筒偏心時保證（zhèng）定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做（zuò）的更小，減少永磁（cí）體用量，電機不會發生（shēng）掃膛現（xiàn）象，同時因為該隨（suí）動式定子結構在偏心時能繼（jì）續正常工作，檢修次數更少，工作時（shí）間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數（shù）就（jiù）是提高生產效率。
4、隨動式球（qiú）磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅（qū）對比於傳統感應電機的優（yōu）點( 1）變頻調速控製，實（shí）現負載工況（kuàng）多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事（shì）件，調整（zhěng）磨鞮高度來改變（biàn）係統工作環（huán）境，係統反應速度慢。永磁同步電（diàn）機采用變頻調（diào）速，適（shì）應工況能力強。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（gōng）作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性（xìng）高
傳統係統因三相感應電（diàn）機無法在低速實現大轉矩輸出，需（xū）要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在（zài）電機起動（dòng）過程不對電網造成過大的衝（chōng）擊，需增加軟起動裝置。三相感（gǎn）應電機起（qǐ）動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整（zhěng）個係統構成複雜，係統運行（háng）的（de）輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無（wú）需盤車係統和減速器，輔（fǔ）助係統少，結構簡（jiǎn）單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳（chuán）統係（xì）統先由低速盤車係統起（qǐ）動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝（zhuāng）置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複（fù）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應電機（jī）起動（dòng）條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據（jù）實（shí）際工況（kuàng）進（jìn）行調整，以（yǐ）滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取（qǔ）代盤車係（xì）統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統（tǒng）各構成單元均需要時常檢查和定期維（wéi）護，傳統係統構成單（dān）元多。同時立磨減速器結（jié）構（gòu）複雜需要經（jīng）常維護，維護（hù）成本費（fèi）用高（gāo）。同時係統無（wú）法實現在低速運行的情況下進行係（xì）統維護。直驅係統構成單元（yuán）簡（jiǎn）單，變頻器（qì）控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器（qì），無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實（shí）現在電機低速運行情況下進行係（xì）統維護（hù）。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代（dài）傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係（xì）統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結（jié）構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅（qū）動,提高了立磨效率。在立磨扶（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（shàn）形模塊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（zài）工程實際（jì）中（zhōng）具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同（tóng）尺（chǐ）寸的立（lì）磨，分別設計了三種立磨專用永（yǒng）磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與（yǔ）承壓的作用，並且（qiě）方便製造、裝配維（wéi）護，節省成本。均已（yǐ）申請專 利。
永磁直驅礦用（yòng）球磨機 
