1、技術背景
傳統的球磨機、立（lì）磨機大都采用三相異步電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存（cún）在機械傳動鏈冗（rǒng）長、效率低、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（hé）南全新機（jī）電（diàn）設備有（yǒu）限公司（sī）聯合設計（jì）研發的球磨機、立磨機采用（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，取消動力傳輸的中（zhōng）間（jiān）環節，做成直驅方案，能直（zhí）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（diàn）機的效率（lǜ）與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控（kòng）製方麵,本產品電機定子采用了模（mó）塊化設計，不僅降低了（le）加工（gōng）、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以實現降低大功率電（diàn）機的輸入電壓，但是不（bú）增加電機的輸入電流，電機不必（bì）采用高等級絕緣（yuán）。模塊化電機采用（yòng）多（duō）台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機（jī）的供電電壓和使用的變頻器容量，從而（ér）降低成本（běn）。每（měi）個模塊電機都具（jù）有一套獨立的控（kòng）製係統，大大（dà）提升了電機控（kòng）製的自由度，球磨機運行在輕載工（gōng）況（kuàng）時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采（cǎi）用（yòng）了一種（zhǒng）自主設計研發的隨（suí）動（dòng）式結構，將整圓的定（dìng）子分成（chéng）若幹（gàn）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（jī）轉筒是否震動或（huò）偏心，定子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（běn）產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的（de）間隙恒定，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通永（yǒng）磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機（jī）永磁體用（yòng）量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當（dāng）模塊發生故障時，直接拆卸（xiè）故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用（yòng）本產品完（wán）全不會因電機發（fā）生（shēng）故障而影響到生產工期。
2、球磨（mó）機（jī）專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結（jié）構構成（chéng）一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼（tiē）合滾筒（tǒng）旋（xuán）轉相當（dāng）於汽車在公路行駛，公路的起伏不（bú）影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮（fú）動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變、重載震動等原因造成（chéng）電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正（zhèng）常運轉（zhuǎn），保（bǎo）證磨機始終運行在性能狀態（tài），不必停機檢修。同（tóng）時電機定子與轉子間的間隙也可以做的（de）更小，減少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨（dú）立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子（zǐ）塊的軸向兩側安裝滾輪（lún）且滾輪貼合滾（gǔn）筒來確定定子（zǐ）與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機（jī）滾（gǔn）筒（tǒng）不偏心時處於半（bàn）壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上（shàng）波動（dòng），轉筒會向上頂定子塊上安裝的（de）滾輪（lún），進而帶動定子塊向上（shàng）移動，上方彈性（xìng）機構繼續壓縮（suō）;下方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的（de）滾輪依然貼合轉筒外表（biǎo）麵，使定子塊跟隨轉（zhuǎn）筒（tǒng）波（bō）動而進行徑（jìng）向與圓（yuán）周方向的移動，從而（ér）保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下（xià）複位或繼續向下波動，則上方定（dìng）子塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同（tóng）時，彈性（xìng）機構將上方（fāng）其向下壓,下方定子塊被轉筒向下（xià）壓。
本產品彈性（xìng）裝置的壓力大小可（kě）調，對於不（bú）同位置（zhì）的定子塊設置不同的壓力,避免（miǎn）因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊（kuài）化控製，根據不（bú）同功率的電機設計采（cǎi）用不（bú）同個數的隨動式定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,多台模塊電機共用同（tóng）一個（gè）轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾（gǔn）筒上。相（xiàng）鄰隨動式定子塊間（jiān）設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向（xiàng）的限位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機（jī）轉子鐵心及（jí）磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要（yào）沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機（jī）構、彈性機（jī）構與定子塊之間的連接杆（gǎn）、彈性機（jī）構支撐架，即（jí）可（kě）將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采（cǎi）用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多數（shù）的球磨機仍采用（yòng）三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行（háng）驅動。永磁同步電（diàn）機與感應電（diàn）機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通（tōng）過變頻器進行（háng）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的原因。
采用永磁直（zhí）驅，取消了中間的減速機、聯（lián）軸器、及齒輪（lún）的傳動（dòng）環節，縮短係統（tǒng）的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升（shēng）至少20%。球磨機直驅係統的傳（chuán）動效率（lǜ）不僅得到大幅（fú）提升（shēng），而且（qiě）直驅係統的故障率低，維護檢修（xiū）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（jī）定子采（cǎi）用了模塊（kuài）化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等（děng）難度，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（diàn）機的控製技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕（jué）緣，模塊化電機采用（yòng）多台小功率變（biàn）頻器聯合供電。這樣設計降低了（le）電機的供電電壓和（hé）使用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。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驅動（dòng）球磨機（jī）。
傳統電機故障時，會導致（zhì）電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下（xià）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（měi）個模塊電機（jī）都具有一（yī）套獨立的控（kòng）製係統，大大提升了電機控（kòng）製（zhì）的自（zì）由度,可以利用其多（duō）電機結構和（hé）控製（zhì）靈活的優（yōu）勢，在發生故障時（shí）。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機（jī）即（jí）可正常運（yùn）行。模塊化電機具有冗餘的模（mó）塊數，也可切除故障子模（mó）塊而控製其餘正常（cháng）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。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形（xíng）變或重（chóng）載產（chǎn）生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心（xīn）嚴重時（shí）還會造成電機掃膛損壞電機，實際生（shēng）產中常常通（tōng）過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會（huì）導致（zhì）永（yǒng）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，能在轉筒偏心時（shí）保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁（cí）體用量，電機（jī）不會（huì）發生掃（sǎo）膛現象，同時因為（wéi）該隨（suí）動式定子結構在偏心時能繼續正常工（gōng）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、隨動式球磨機裝配示意圖（tú）
二、永（yǒng）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，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮（dī）高度來改變係（xì）統（tǒng）工作環境，係統反應速度慢。永磁同（tóng）步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了（le）速（sù）度調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係（xì）統簡單,可靠性高
傳統（tǒng）係統因三相感應電機無（wú）法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係（xì）統滿足立磨的低速起動。為保證（zhèng）在電機起動過（guò）程不對電（diàn）網造成過大的衝擊，需增加（jiā）軟起動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動後，通過減速器滿（mǎn）足係統轉矩（jǔ）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（zhì）係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需（xū）要，無需盤車係（xì）統（tǒng）和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統（tǒng）係統先由（yóu）低速盤車係統起動，待三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（háng）。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要（yào）盤車係統，將轉速提高到三（sān）相感（gǎn）應電機起動條（tiáo）件。直驅係統直接變頻低速起動（dòng），係統直接運行，係統控製（zhì）簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需（xū）求。低速可過載輸出，滿足起動需（xū）要（yào），取代盤車係統。
(4）無減速器，維（wéi）護成本更低,維護（hù）次數少
係統各構成（chéng）單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統（tǒng）構成單元（yuán）多。同時立磨減速（sù）器結構複雜需要經常維（wéi）護（hù），維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運（yùn）行的情況下進行係統維護。直驅係（xì）統構成單元簡單，變頻器控製永磁（cí）同步（bù）電機（jī）直接驅動，控（kòng）製方（fāng）便。係（xì）統內（nèi）無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本（běn）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（dòng）效（xiào）率（lǜ）高,節能效果明（míng）顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動（dòng）係統年節電量達（dá）181萬元。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與（yǔ）球磨機直（zhí）驅係統相同，這裏（lǐ）不再一—贅述（shù）。
2、永磁直驅立磨結構（gòu）示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正軸承與壓力（lì）軸承（chéng）上進（jìn）行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模（mó）塊機（jī）構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低（dī）成本（běn）,在工程實際（jì）中具有很強的（de）實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計（jì）了三種（zhǒng）立磨專用永磁電（diàn）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，均能達到扶正與承壓的（de）作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請（qǐng）專 利。
永磁直驅（qū）礦用球磨機 
