1、技術背景
傳統的球磨機、立磨（mó）機大都采用三相異步電（diàn）動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以及齒輪結構進行驅動（dòng），導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維（wéi）護（hù）工作（zuò）量大等問題。
沈陽工業（yè）大學電機（jī）與控製（zhì）技術研究所與河南（nán）全（quán）新機電（diàn）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,通過（guò）將電動機（jī）與機械結構進行機電一體化（huà）設（shè）計，取（qǔ）消動力傳（chuán）輸的中間環節，做（zuò）成直驅方案（àn），能直接滿足荷載的需求，省（shěng）去傳統磨機的減速機，顯著提（tí）高了電機（jī）的（de）效率與功率因（yīn）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。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製（zhì）造、運輸等難度，還相當於把一個大功率（lǜ）電機做成了多個（gè）小功率電機。模塊化電機的控製技術可（kě）以實現降（jiàng）低大功率電機的輸入（rù）電壓，但是不增（zēng）加電機（jī）的（de）輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊（kuài）化電機（jī）采用多台小功（gōng）率變（biàn）頻（pín）器聯合供電，這（zhè）樣設計（jì）降低了電機的供（gòng）電電壓和（hé）使用的變（biàn）頻器容量，從而降低成本。每個模塊（kuài）電機都具有（yǒu）一套獨立的控製係統，大大提升了（le）電機控製的自由度，球磨機運行（háng）在輕（qīng）載工（gōng）況時（shí），完全可（kě）以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本（běn）產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，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（gòu）設計（jì），確（què）定了一種（zhǒng）無（wú）論球磨機轉筒是否（fǒu）震動或偏心，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。本產品通過機械結構設計保證定（dìng）子與轉子間的間隙恒定（dìng），電機不會發生掃膛現象，因此電機（jī）的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機（jī）的小很多，從而（ér）大幅降低電機永磁體用量，降低生（shēng）產成本，節約稀（xī）土資源（yuán），節能用電量。當模（mó）塊發（fā）生故障時（shí），直接拆卸故障（zhàng）電機，更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全（quán）不會因電機發生故障（zhàng）而影響到（dào）生產（chǎn）工期。
2、球磨機專用隨動式永（yǒng）磁（cí）直驅電機概述（shù）
本產（chǎn）品的隨動（dòng）式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路（lù），定子塊就像汽車。滾輪（lún）貼合滾筒旋轉相當（dāng）於汽車在公路行駛，公路的起伏不影（yǐng）響車輪與地麵貼合（hé），即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定（dìng）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（zhèn）動等原因造成電（diàn）機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保（bǎo）證磨機（jī）始終運行在性能（néng）狀態，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（suí）動式結構,基於模塊（kuài）化永磁直驅電機，采用獨立的（de）扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊（kuài）的軸向兩側安（ān）裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與（yǔ）轉子（zǐ）間的間隙，定子塊徑向外側（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）向上頂定子塊（kuài）上安裝（zhuāng）的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構（gòu）繼續壓（yā）縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機（jī）構將其向上頂，保證下方定子塊的滾（gǔn）輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉（zhuǎn）子之間的間（jiān）隙不變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動（dòng），則上方定子塊在（zài）受到永磁（cí）體（tǐ）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，對於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造（zào）成滾輪或轉筒磨損較快。
本產（chǎn）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不（bú）同個數的隨動（dòng）式定（dìng）子塊構成一台模（mó）塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構（gòu）成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉（zhuǎn）子，模塊電機包繞（rào）式安（ān）裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定（dìng）在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向（xiàng）的限位（wèi）。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用（yòng）於支撐安裝電機（jī）轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨（suí）動式（shì）定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑（jìng）向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連（lián）接（jiē）杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢（jiǎn）修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統（tǒng）的優點
現階段大多（duō）數的（de）球磨機仍采用三相感應電動機、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進行驅動。永（yǒng）磁同步電機與感應電機相比（bǐ）優勢是它有較高（gāo）的效（xiào）率和功（gōng）率因（yīn）數（shù），損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變（biàn）頻（pín）器進行調速，電機運（yùn）行平穩，係（xì）統響應速度快，感應電機則起動（dòng）相對困難。這些也是近年來永磁（cí）電機應（yīng）用越來越廣泛的原（yuán）因。
采用永磁直驅，取消了中（zhōng）間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳（chuán）動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅（qū）係統的傳動效率將提升至少（shǎo）20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提（tí）升，而且直驅（qū）係統的故障率低，維護檢修方便，還（hái）避免了（le）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（bú）僅降（jiàng）低了加工，製造，運輸（shū）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（dà）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緣，模塊化電機（jī）采用多台小功率變頻器聯（lián）合供電。這樣設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器（qì）容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以（yǐ）隻運（yùn）行部（bù）分模塊電機驅動球磨機。
傳統電（diàn）機故障時，會導致電機合成磁（cí）動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉（zhuǎn）矩波動顯著（zhe）增加（jiā），無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個（gè）模塊電機都（dōu）具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自（zì）由度,可以利用（yòng）其多（duō）電機結構和控製靈活的優勢（shì），在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常（cháng）子模塊降額運（yùn）行。使（shǐ）用本（běn）產品完全不會因電機發（fā）生故障（zhàng）而影響到（dào）生產工期（qī）。
球（qiú）磨機（jī）因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等（děng）因素會發生轉（zhuǎn）子偏心現（xiàn）象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過（guò）增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提（tí）高電（diàn）機製（zhì）造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子（zǐ）與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏（piān）心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間（jiān）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
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直（zhí）驅對比於（yú）傳統感應電機的優（yōu）點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多（duō）樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到（dào）突發事件（jiàn），調整磨鞮高度來改變係統工（gōng）作環境，係統反應速度慢。永磁同步電（diàn）機采用變頻（pín）調速，適應工（gōng）況能（néng）力強。遇到突發事件，除調（diào）整（zhěng）磨輾高度（dù）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（kào）性高
傳統係統因三相感應電（diàn）機無法（fǎ）在低速實（shí）現大轉矩輸出，需（xū）要額外的盤車（chē）係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起（qǐ）動過程不（bú）對電網造（zào）成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相（xiàng）感應電機起動後，通過減速器滿足（zú）係（xì）統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運（yùn）行的輔助設備很多。直（zhí）驅係（xì）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，無需盤車係統和（hé）減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻（pín）器軟（ruǎn）起動，起動（dòng）過程隨意設定
傳統係統先由（yóu）低速盤車係統起（qǐ）動（dòng），待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動（dòng）三相感應電機，係統運行。係統控製複雜（zá），低（dī）速無法實現過載輸出。在（zài）低速過程需要盤車係統，將轉速提（tí）高到三相感應電機起動條件（jiàn）。直驅係統（tǒng）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，以滿足各種工況的（de）需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取（qǔ）代（dài）盤（pán）車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統（tǒng）各（gè）構成單元均（jun1）需要時常檢查和定期維護（hù），傳統（tǒng）係統構成單（dān）元多。同時立（lì）磨減速（sù）器結構複（fù）雜（zá）需要經常維護，維護成（chéng）本費用高。同時係統無（wú）法實現在（zài）低速運行的情況下進行係統維護。直驅（qū）係統構成單元簡單，變頻器（qì）控製（zhì）永磁同步電機直接驅動，控製方（fāng）便。係（xì）統（tǒng）內無減速器，無需（xū）額外進行維護，係統維（wéi）護成本低（dī）。同時，係（xì）統可實現在電機（jī）低（dī）速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動（dòng）效率高,節能效果明顯（xiǎn）
綜上（shàng）采用直驅永磁電（diàn）機取代傳統驅（qū）動係統年節電量達181萬元。（按（àn）照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤（kūn）磨機直驅（qū）係統的優勢與球磨（mó）機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示（shì）意圖
本新型立磨結構采用永磁直（zhí）驅電（diàn）機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進（jìn）行突破，通過設計（jì）一（yī）種雙向載荷扇（shàn）形模塊（kuài）機構替代大直徑軸承，方便加工（gōng）、生產、運（yùn）輸、裝配（pèi）、維修，並降低成本,在工程實際中具（jù）有很強的實（shí）用型。
針對大（dà）、中（zhōng）、小型不同尺寸的（de）立磨，分別設計了三種立磨（mó）專用永磁電機，代替傳統的減（jiǎn）速機與三相異步電動（dòng）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（néng）達（dá）到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均（jun1）已申請專 利。
永磁直驅礦用球（qiú）磨機 
