1、技術背景
傳統的球磨機（jī）、立磨（mó）機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝置（zhì）以及齒輪結（jié）構進行驅動，導致球磨機（jī）的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量（liàng）大等問題。
沈陽工業大學電機與控製技（jì）術研究所與河南全（quán）新機電設備（bèi）有限公司聯合設（shè）計（jì）研發的球磨（mó）機、立磨機采用永磁（cí）直驅電機,通（tōng）過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能（néng）直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機（jī），顯著提高（gāo）了電機的效率與功率（lǜ）因數，具有節能、起動轉矩大（dà）、過載能力強、係統免（miǎn）維護、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塊化設計，不僅降低了（le）加工、製造、運（yùn）輸等難度，還相當於把（bǎ）一個大功率（lǜ）電機做成了多個小功率電機。模（mó）塊化電機的控製技（jì）術可以實現降低大功率電機（jī）的輸入電（diàn）壓（yā），但（dàn）是不增加電機的輸入電（diàn）流，電（diàn）機不必采用高等級絕緣。模（mó）塊化電（diàn）機采用多台小功率變頻（pín）器聯合供電（diàn），這樣設計降（jiàng）低（dī）了電機的供電電壓和使用（yòng）的變頻器（qì）容量，從而降低成本。每個（gè）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（dù），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（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（fā）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（zhuǎn）筒是否震動或偏心，定（dìng）子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定（dìng）的（de）結構。本產品通過機械結構（gòu）設計保（bǎo）證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃（sǎo）膛（táng）現象，因此電機（jī）的氣隙（xì）可以設計的比普通永磁直驅（qū）電（diàn）機（jī）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（zī）源，節能用電量。當模塊發生故障時（shí），直接拆卸故障電機，更（gèng）換新的模（mó）塊電機即可正常（cháng）運行。使用本產品完全（quán）不會因（yīn）電機發（fā）生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨（suí）動式永磁直驅電機概述
本產品的隨（suí）動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼（tiē）合（hé）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，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證（zhèng）定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變（biàn）、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（yùn）轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必（bì）停機檢修。同時電機（jī）定子與轉（zhuǎn）子間的間隙也可（kě）以做的更小，減少永磁體用量，並（bìng）且因為隨動式結構（gòu），電機不會發生掃膛現象。
本產（chǎn）品電機的定子為隨動式結構,基於模（mó）塊化永磁直驅電（diàn）機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動（dòng）原理是在定子塊的軸（zhóu）向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確（què）定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相（xiàng）連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時（shí）處於半壓縮狀態,如果球（qiú）磨機滾筒向上波動（dòng），轉筒會向上（shàng）頂定子塊上安裝的滾輪，進（jìn）而帶動（dòng）定子塊向上移動，上方彈性機構繼（jì）續（xù）壓縮;下（xià）方定子（zǐ）塊在受到永（yǒng）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（de）滾輪依然貼（tiē）合轉筒外表麵，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（bǎo）證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒（tǒng）向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向（xiàng）下的吸引力的同（tóng）時，彈性機構將上方其向（xiàng）下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本（běn）產品彈性（xìng）裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定（dìng）子（zǐ）塊設置不（bú）同的壓力,避免因彈性裝（zhuāng）置設置的壓力過大造成滾輪（lún）或轉（zhuǎn）筒磨損（sǔn）較（jiào）快。
本產品將（jiāng）永磁電機（jī）采用模塊化控製，根據（jù）不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓（yuán）電機由多台模塊電機構成,多台模（mó）塊電（diàn）機共用同（tóng）一（yī）個轉子（zǐ），模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定（dìng）子塊間設有固（gù）定（dìng）在支（zhī）撐框架（jià）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心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依（yī）次拆卸密封（fēng）外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆（gǎn）、彈性機構支撐架，即可將（jiāng）定（dìng）子塊沿徑向（xiàng）拉出（chū），進行檢修或更換新（xīn）的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動（dòng）係統的優點
現階段大（dà）多數的（de）球磨機仍采（cǎi）用三相感應電動機、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結構進（jìn）行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的（de）效率和功率因數，損耗大大降低，節（jiē）約了（le）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廣泛（fàn）的原因。
采用（yòng）永磁（cí）直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統（tǒng）的傳動鏈，直驅係（xì）統的傳動效率將提升至少20%。球磨（mó）機直驅（qū）係統（tǒng）的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的（de）故障率低，維（wéi）護檢修方便，還避免了傳統設（shè）備因漏油造成環境汙染。
由（yóu）於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降（jiàng）低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把（bǎ）一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機（jī）的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不（bú）增加（jiā）電機的輸入電流，電機不必（bì）采用（yòng）高等級（jí）絕緣，模塊化電機采用多台小功率（lǜ）變頻器聯（lián）合供電。這樣（yàng）設計降低了電機的（de）供電（diàn）電壓和（hé）使用（yòng）的變頻器容量，從而降低成本。球（qiú）磨機運（yùn）行在輕載工況（kuàng）時,完（wán）全可以隻運行部分（fèn）模塊電機驅動球磨機（jī）。
傳統電（diàn）機故（gù）障時，會導致電機合（hé）成磁（cí）動勢發生畸變，諧波含（hán）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（huà）設計，每（měi）個模塊電機都具有一套獨立的（de）控製係統，大大（dà）提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈（líng）活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊（kuài）電機即可（kě）正常運行（háng）。模塊化（huà）電機具有冗餘的（de）模（mó）塊數，也可切除（chú）故（gù）障（zhàng）子模塊而控製其餘正（zhèng）常子模塊降額運行。使用（yòng）本產（chǎn）品（pǐn）完（wán）全（quán）不會因電（diàn）機發（fā）生故障而影（yǐng）響到生產工期。
球磨機因加工誤差（chà）、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴（yán）重時還會造成電機掃膛損壞電（diàn）機，實際生產中常常通過（guò）增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導（dǎo）致永磁體用量增加，提高電機製造成本（běn）。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的（de）間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電（diàn）機不會發生掃（sǎo）膛現象，同時因為該隨動式定子（zǐ）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（zá），降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動（dòng）式球磨機裝配示意圖
二（èr）、永磁直（zhí）驅（qū）立磨技術
1、立磨直驅對比於（yú）傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實（shí）現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事件（jiàn），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，適應工況能力強。遇到突（tū）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，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳（chuán）統係統因三相感應電機無法（fǎ）在低速實現大轉矩（jǔ）輸出，需要額外的（de）盤車（chē）係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統（tǒng）運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統（tǒng）控製永（yǒng）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，輔助係統少（shǎo），結構簡單。
(3）變頻（pín）器（qì）軟（ruǎn）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（dòng），待三相感應電機達到起動（dòng）條件後（hòu），軟起動（dòng）裝置起動三相感應電機，係統（tǒng）運行。係統控製複雜，低速（sù）無法實現（xiàn）過載輸出。在低速過程需（xū）要盤車係統（tǒng），將（jiāng）轉速提高到三相（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，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調（diào）整，以滿足（zú）各（gè）種工（gōng）況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代（dài）盤車係統。
(4）無（wú）減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構（gòu）成（chéng）單元（yuán）均需（xū）要時常檢查和定期（qī）維護，傳統係統構成單元多（duō）。同時立磨減（jiǎn）速器結構複雜需要經常（cháng）維護，維護（hù）成本費用高。同時係統無法實現（xiàn）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（dòng），控製（zhì）方便。係統內無減速器，無需額外進行（háng）維護（hù），係統維護成本低。同（tóng）時，係統可實（shí）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（zōng）上采用（yòng）直驅永磁電機（jī）取代傳統驅動係統年節（jiē）電量達181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球（qiú）磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新（xīn）型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立（lì）磨效（xiào）率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過（guò）設計一種雙向載荷扇形模塊機構替（tì）代大直徑軸承，方便加（jiā）工、生產、運輸、裝（zhuāng）配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型（xíng）。
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（cí）直驅電機具（jù）有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正（zhèng）與承壓的作用，並且方便製造、裝（zhuāng）配維護，節省（shěng）成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
