1、技術背景（jǐng）
傳統的球磨機、立磨機大都采用三（sān）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，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈（liàn）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（zhí）驅電機,通過將電動機（jī）與機械（xiè）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（qū）方案，能直接滿足荷載（zǎi）的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率（lǜ）與功率因數，具有節能、起動轉矩（jǔ）大（dà）、過載能力強（qiáng）、係統免維護、自動化程度高等優點（diǎn）。
在控製方麵,本產品電機定（dìng）子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造、運（yùn）輸等難度（dù），還相當（dāng）於把一個大功率電機（jī）做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技（jì）術可以實現（xiàn）降（jiàng）低（dī）大功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電（diàn）機的輸入電流，電機不必采用（yòng）高等級絕（jué）緣。模塊（kuài）化電機采用多台（tái）小功（gōng）率變（biàn）頻器聯合供電，這樣設（shè）計降低了電機的供電電壓和使用（yòng）的變頻器容（róng）量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的（de）控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況（kuàng）時（shí），完全可以隻運行部分（fèn）模（mó）塊電機驅動球磨（mó）機（jī）。
在（zài）結構方麵，本產（chǎn）品（pǐn）電機的定子采（cǎi）用了一種自主設計（jì）研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在（zài）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筒是否震動或偏心，定子塊（kuài）始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定（dìng）的結構（gòu）。本產品通過機（jī）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象，因此電機（jī）的氣隙可以（yǐ）設計的比普通永磁直驅電（diàn）機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產（chǎn）成本，節約稀土資源，節能用（yòng）電量（liàng）。當模（mó）塊（kuài）發生故障時，直接（jiē）拆卸故障（zhàng）電機，更換新的模塊（kuài）電機即可（kě）正常運行。使用本產品完（wán）全不會因電（diàn）機發生故（gù）障而影響到生產工期（qī）。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概（gài）述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車（chē）結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽（qì）車。滾輪（lún）貼（tiē）合滾筒（tǒng）旋轉相當於汽車在公路行駛，公（gōng）路的起伏不影（yǐng）響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影（yǐng）響滾輪（lún）貼合（hé）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、滾筒形變（biàn）、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時（shí），仍能正常運轉，保證磨機始終（zhōng）運行（háng）在性能狀態，不必停機（jī）檢修。同時電機（jī）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（dòng）原理是在定子塊的軸向兩（liǎng）側安裝滾輪（lún）且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定子（zǐ）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（xīn）時處（chù）於半壓縮狀（zhuàng）態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶（dài）動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子（zǐ）塊上的彈（dàn）性機構將（jiāng）其（qí）向（xiàng）上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表（biǎo）麵，使定子塊（kuài）跟隨轉筒波動而（ér）進（jìn）行徑向與圓周方向（xiàng）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（xù）向下波動，則上方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其向（xiàng）下（xià）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（tǒng）向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可（kě）調，對於不同位（wèi）置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓（yā）力過大（dà）造成（chéng）滾輪或（huò）轉筒磨損較快。
本（běn）產品將永磁電機采用模塊化控製，根（gēn）據不同功率的電機設計（jì）采用（yòng）不同個數的隨動式定子塊構成（chéng）一（yī）台模塊電機（jī），一台整（zhěng）圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞（rào）式安裝在球磨（mó）機滾筒上。相鄰隨動式定子塊（kuài）間設有固定在支（zhī）撐框架上的擋板來對定子塊進行（háng）圓周方向的限（xiàn）位。球磨（mó）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（cí）鋼。
本產品的隨動（dòng）式定子塊安裝拆卸十分便（biàn）捷，隻需要沿球（qiú）磨機的徑向（xiàng）依次拆（chāi）卸密封外殼、彈性機（jī）構、彈性機構與定子塊之間的（de）連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產（chǎn）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（shù）的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器（qì）、減速裝置（zhì）以（yǐ）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（shì）它有較高的效率（lǜ）和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機（jī）通過變頻（pín）器進行調速（sù），電（diàn）機運行平（píng）穩，係統響應速度快（kuài），感應電機則起動（dòng）相（xiàng）對困難（nán）。這些也是近年來永磁電（diàn）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、及齒輪的傳（chuán）動環節，縮短係統的（de）傳動鏈（liàn），直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效（xiào）率（lǜ）不僅（jǐn）得到大幅提升（shēng），而且（qiě）直驅係統的故障率低，維護檢修方（fāng）便，還避免了傳統設備（bèi）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，不僅降低了加工，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（zhì）技術可以實現降低大功率電機的輸入電（diàn）壓，但（dàn）是不增加電機的（de）輸入電流，電機（jī）不必采用（yòng）高等級絕緣，模塊化電機采（cǎi）用多台小（xiǎo）功（gōng）率變頻器聯合（hé）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。球磨（mó）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。
傳（chuán）統電機故障時，會導致電機合成磁動勢（shì）發生畸變，諧波含量（liàng）增加，平均轉（zhuǎn）矩（jǔ）下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而（ér）本（běn）產品進行了模塊化（huà）設計，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（zhì）的自由（yóu）度,可以利用其多電機結構（gòu）和控製（zhì）靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更（gèng）換新的模塊電機即（jí）可正常運行。模塊化電機具（jù）有冗餘的模塊數，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影（yǐng）響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒形變（biàn）或重載（zǎi）產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還（hái）會造成電機掃膛損壞電（diàn）機，實際生產中常常通（tōng）過（guò）增加氣隙（xì）大小來預防掃膛（táng），而氣隙（xì）增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本（běn）。隨動式定子結（jié）構的模塊電機，能在轉（zhuǎn）筒偏心時保證定子與（yǔ）轉（zhuǎn）子之間的間隙恒定，可將氣（qì）隙做的更小，減少（shǎo）永（yǒng）磁體用量，電機不會發生（shēng）掃膛（táng）現象（xiàng），同時因為該隨（suí）動式定（dìng）子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數（shù）更少，工（gōng）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（dòng）式球磨機（jī）裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻（pín）調速控製，實現負載工況多樣性
傳統（tǒng）立磨速度（dù）單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環（huán）境，係統反應速度慢。永磁同步電機（jī）采用變頻調速，適應（yīng）工況（kuàng）能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相（xiàng）感應電機無法在低速實現大轉（zhuǎn）矩輸出，需要（yào）額外的盤車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（chōng）擊，需增加軟（ruǎn）起動（dòng）裝置（zhì）。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個（gè）係統構成複雜，係統運行的輔助（zhù）設備很多。直（zhí）驅係統由變頻控製係（xì）統控製永磁同步電機起動，轉矩特性（xìng）滿足需要，無需盤車係（xì）統和減速器（qì），輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三（sān）相感應電機，係統運（yùn）行（háng）。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提（tí）高到三相感（gǎn）應電機起動條件。直驅（qū）係統直接變頻（pín）低速起（qǐ）動，係統直接運行，係統控製（zhì）簡單。變頻控製起動過程（chéng）可根（gēn）據實際工況進行調整，以滿足各種工況的（de）需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係（xì）統（tǒng）。
(4）無減速器，維護成本（běn）更低,維護次數（shù）少
係統各構成單元均需要時常檢查和定（dìng）期維護，傳統係統構成單（dān）元多。同時（shí）立磨減速器結構複雜需要經常維（wéi）護，維護（hù）成本費用高（gāo）。同時係統無法實（shí）現在低速運行的情況下進行係（xì）統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機（jī）直接（jiē）驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進（jìn）行維護，係統（tǒng）維護成本低。同（tóng）時，係統可實現在電機低速運行情況（kuàng）下進（jìn）行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效（xiào）果明顯
綜上（shàng）采用直驅（qū）永（yǒng）磁電機取代（dài）傳統驅動係統年節電（diàn）量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨（mó）結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動（dòng）,提高了立磨（mó）效率。在立磨扶正軸承與（yǔ）壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模（mó）塊機構替代大直（zhí）徑軸（zhóu）承，方便加（jiā）工、生（shēng）產、運（yùn）輸、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大（dà）、中、小型不同尺寸（cùn）的立磨，分別設計了三種立（lì）磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電（diàn）動機，永（yǒng）磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置（zhì）位（wèi）置，均能達到扶正與承壓的（de）作（zuò）用，並（bìng）且方便（biàn）製造、裝配維護，節省（shěng）成本。均已申請專 利（lì）。
永磁直驅礦用球（qiú）磨機 
