1、技術背景
傳統的球磨（mó）機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速（sù）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傳動鏈冗長、效率低（dī）、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（jiū）所與河南全新（xīn）機電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（jī）,通過（guò）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（zhí）驅方案，能直接滿足荷載的需求（qiú），省去傳統磨機的（de）減速機，顯著提高（gāo）了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大（dà）、過載能力強、係統免維護、自（zì）動化程度（dù）高等優（yōu）點（diǎn）。
在控製（zhì）方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低（dī）了加工、製造、運輸等難度，還相當於把一（yī）個大功率電機做成了多個小功率電機（jī）。模塊化電機的控製技術可（kě）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（rù）電流，電機不必采用高等（děng）級絕緣。模（mó）塊化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的供電電壓（yā）和使（shǐ）用的（de）變頻器容量，從而降低成本。每個模（mó）塊電機都具有一套獨立（lì）的控製係統，大大提升了電機控製的（de）自由度，球磨機運行在輕載工況時，完（wán）全可以隻（zhī）運行部分模（mó）塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品（pǐn）電機的定子（zǐ）采用了一種自主設計研發的隨動（dòng）式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的（de）小扇形塊（kuài），通過機械結構設計（jì），確定了一種無論球磨機轉筒是否震動（dòng）或（huò）偏心，定子塊（kuài）始終（zhōng）跟隨轉筒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證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現（xiàn）象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用（yòng）量，降低生（shēng）產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障（zhàng）電機，更換新的模塊電機即可正常（cháng）運（yùn）行。使（shǐ）用本產（chǎn）品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動（dòng）式永磁直驅電機（jī）概述
本（běn）產品的隨動（dòng）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）合滾（gǔn）筒旋（xuán）轉（zhuǎn）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（yǐng）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、滾筒形（xíng）變、重載震動等原因造成電機偏心（xīn）、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性（xìng）能狀態，不必停機檢修。同時（shí）電機定子與轉子（zǐ）間的間隙也可以做的更（gèng）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（de）定子（zǐ）為隨動式結（jié）構,基於模塊化永磁直驅電機（jī），采（cǎi）用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊（kuài）的（de）軸向兩側安裝滾（gǔn）輪且（qiě）滾輪貼合滾筒來確定定子與（yǔ）轉子間（jiān）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（jī）構在球磨機滾（gǔn）筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾（gǔn）筒向上波動，轉筒會向上（shàng）頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性（xìng）機構繼續壓縮（suō）;下（xià）方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上（shàng）的彈性機構（gòu）將其向上頂，保（bǎo）證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵（miàn），使定子（zǐ）塊跟隨轉筒波（bō）動而進行徑向與圓周（zhōu）方向的移（yí）動，從而保證定（dìng）子、轉子之間（jiān）的間隙不變。球磨機滾（gǔn）筒向下複位或繼續向下波動，則上方（fāng）定子塊在受到（dào）永磁體（tǐ）對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其（qí）向下壓（yā）,下方（fāng）定子塊被轉筒向下壓。
本（běn）產品彈（dàn）性（xìng）裝置的壓力（lì）大小可調，對於不同位（wèi）置的定子塊（kuài）設置不同的壓力,避免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化控製，根據不同功率的電機設計采用（yòng）不同（tóng）個數（shù）的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整（zhěng）圓（yuán）電機由多台模塊電機構成,多台（tái）模塊電機共用同一個（gè）轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動（dòng）式定子塊間設有固（gù）定在支撐（chēng）框架上的擋板來對定子塊進行（háng）圓周方向的限位。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（xū）要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼（ké）、彈性機構、彈性機構與定子（zǐ）塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿（yán）徑向拉（lā）出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳（chuán）統磨機的電機驅動係統的優點
現（xiàn）階段大多（duō）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（jié）構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比（bǐ）優（yōu）勢是它有較高的效率和功（gōng）率因數（shù），損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器（qì）進行調速，電（diàn）機運行平穩，係統響應速度快，感應電（diàn）機則起動相對困難。這些也是近年來（lái）永磁（cí）電機應用越來越廣泛的原因。
采用永（yǒng）磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的（de）傳動（dòng）環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係（xì）統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率（lǜ）低，維護檢修方便，還避免了傳統設（shè）備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊（kuài）化（huà）設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還（hái）相（xiàng）當於把一個（gè）大功率（lǜ）電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可（kě）以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不（bú）增加電機（jī）的輸（shū）入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器（qì）聯合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和（hé）使用的（de）變頻器容量，從而降低成本。球磨機運（yùn）行在輕載工（gōng）況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故（gù）障時，會導致電（diàn）機合（hé）成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均（jun1）轉矩下降，轉矩波動顯（xiǎn）著增（zēng）加，無法繼續正常運行。而本產（chǎn）品（pǐn）進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立（lì）的控製係（xì）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控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故（gù）障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗（rǒng）餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊（kuài）降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而（ér）影響到生產工（gōng）期。
球磨機因加（jiā）工誤差、軸（zhóu）承磨（mó）損、滾筒形變（biàn）或重載產生震動等因素會發（fā）生轉（zhuǎn）子偏心現象，偏心嚴重時還（hái）會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通（tōng）過增（zēng）加氣隙大小來預（yù）防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電（diàn）機（jī）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（yǔ）轉子之（zhī）間（jiān）的（de）間隙恒定，可將氣隙做的更（gèng）小，減少永磁體用量，電機不（bú）會發生掃膛現象，同時因為該隨動式（shì）定子結構在偏心時能繼續正常（cháng）工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機（jī）檢修複雜（zá），降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨（suí）動式球磨機裝配示意圖（tú）
二、永磁直驅立磨（mó）技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的（de）優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速（sù）度單一，工況適應能力差（chà）。遇到突發事件，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（yòng）變頻調速，適應工況能（néng）力強。遇到突發事（shì）件（jiàn），除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作（zuò）環境，係統反應速度更快。
(2）係（xì）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（jǔ）輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低（dī）速起動（dòng）。為保證在電機（jī）起動過程不（bú）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（dòng）後，通（tōng）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（zhù）設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同（tóng）步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔（fǔ）助係（xì）統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起（qǐ）動過程隨意設定
傳統係統（tǒng）先由低（dī）速盤車係統（tǒng）起動，待三相感應電機達到起（qǐ）動條件後，軟起動（dòng）裝（zhuāng）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（sù）過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電（diàn）機起動條件。直（zhí）驅係統直接（jiē）變（biàn）頻低速起（qǐ）動，係統直接運行，係統控製簡單（dān）。變頻控（kòng）製（zhì）起動過程（chéng）可根據實際工況進行調（diào）整，以滿足各種（zhǒng）工況的需求。低速可過載輸（shū）出（chū），滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低（dī）,維護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護（hù），傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經（jīng）常維（wéi）護，維護成本費用高。同時（shí）係統無（wú）法實現在低速運行的情（qíng）況下進行係統維護。直（zhí）驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接（jiē）驅動，控製方便。係統（tǒng）內無減速器，無需（xū）額外進行維護（hù），係統維護成本低。同時，係統（tǒng）可實現在電機低速運行（háng）情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用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勢（shì）與球磨機（jī）直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅（qū）立磨結構示意圖
本新（xīn）型（xíng）立磨結構采用永磁（cí）直（zhí）驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正（zhèng）軸承與壓力軸承上進（jìn）行突破，通過設計一種雙向載荷（hé）扇形模塊機構替代大（dà）直徑軸（zhóu）承，方便加工、生產、運輸、裝（zhuāng）配、維修，並降低成本（běn）,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺（chǐ）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，永磁直驅電（diàn）機具（jù）有雙向載荷機（jī）構與不同的放置位置，均能達到（dào）扶正與承壓的（de）作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專（zhuān） 利。
永磁直驅礦用球磨機 
