1、技（jì）術背景（jǐng）
傳統的球磨機、立磨機大都采用（yòng）三相異步電動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以及齒輪結構（gòu）進行驅動，導致球磨（mó）機的傳動係（xì）統存在機械傳動鏈（liàn）冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大等問（wèn）題。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河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（yǒng）磁直驅電機,通過將電動機與機械（xiè）結（jié）構進行機電一體化設計，取消動力（lì）傳輸的中間環節，做成（chéng）直驅方案，能直接滿足荷載的需（xū）求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了（le）電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維（wéi）護、自動化程度高等（děng）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、製造、運輸（shū）等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小（xiǎo）功（gōng）率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降（jiàng）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（bì）采用（yòng）高等級絕緣（yuán）。模塊化電機采用多台小功率變頻（pín）器聯合供電，這樣（yàng）設計降低了電機的（de）供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具（jù）有一（yī）套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完（wán）全可以隻（zhī）運行部分模塊電（diàn）機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子（zǐ）采用了一種自（zì）主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分（fèn）成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過（guò）機械結構設計，確定了一種無論球（qiú）磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟（gēn）隨轉筒運動（dòng）從而保（bǎo）持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通（tōng）過機械結構設計保證定子與轉（zhuǎn）子間的間隙恒（héng）定，電機不會發（fā）生掃膛現象，因此（cǐ）電機的氣隙可以設計的比（bǐ）普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生（shēng）產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模（mó）塊發生故障時，直接（jiē）拆卸故障電（diàn）機，更換新的模塊電機即可正常運行（háng）。使用本產品完（wán）全不會（huì）因電機發生故（gù）障而影響到生產工期（qī）。
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（gòu）”，滾筒就像公（gōng）路，定子塊（kuài）就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當（dāng）於汽車在公（gōng）路行駛，公路的（de）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，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差（chà）、軸承（chéng）磨損、滾筒形變、重載震（zhèn）動等原（yuán）因造成電機偏心、氣隙不均（jun1）勻時（shí），仍能正（zhèng）常運轉，保證磨機（jī）始終運行（háng）在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更（gèng）小，減少永（yǒng）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（jié）構（gòu）,基於模塊化永（yǒng）磁直驅電機（jī），采用獨立的扇（shàn）形（xíng）定（dìng）子塊結構，其隨動原理是在定子（zǐ）塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子（zǐ）與轉子間的間隙，定子（zǐ）塊徑向外側設有與支（zhī）撐框架相連的（de）彈（dàn）性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏（piān）心時處於半壓縮狀態（tài）,如（rú）果球磨機滾筒向上波（bō）動，轉筒會向上（shàng）頂定子塊上安裝的滾（gǔn）輪，進而帶動定子塊向（xiàng）上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁（cí）體對其向上的吸（xī）引力的同時，定（dìng）子塊（kuài）上的彈性機構將其（qí）向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動（dòng）而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定（dìng）子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位或（huò）繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體（tǐ）對（duì）其向下的吸引力的同時（shí），彈性機構將（jiāng）上方其向下壓,下方（fāng）定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性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（lì）,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成（chéng）滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將（jiāng）永磁電機采用模塊化控製，根（gēn）據不同功率（lǜ）的電機（jī）設計采用不同個數的隨動式定子（zǐ）塊構成（chéng）一台模塊電機，一台整圓（yuán）電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機（jī）共用同一個轉子，模塊電機包繞式（shì）安裝（zhuāng）在球磨機滾筒上。相鄰隨（suí）動（dòng）式定子（zǐ）塊間設（shè）有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的（de）限位。球磨機滾（gǔn）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次拆卸密封外殼（ké）、彈性機（jī）構、彈（dàn）性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿（yán）徑向拉出，進行檢修或更換（huàn）新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統（tǒng）磨（mó）機的電機驅動係統的優點
現階段（duàn）大多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構進行驅動。永磁同步電機（jī）與感應電機（jī）相比優勢是（shì）它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這（zhè）些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛（fàn）的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪（lún）的傳動環節（jiē），縮短係統的傳動鏈（liàn），直驅係統（tǒng）的傳動效率（lǜ）將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率（lǜ）不僅得到大幅（fú）提升，而（ér）且直驅係統的故障率低，維（wéi）護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙（wū）染。
由於本產品（pǐn）電機定子采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）低（dī）了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大（dà）功率電機（jī）做成了（le）多個（gè）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（lǜ）電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸（shū）入電流，電機不必采用高等級（jí）絕緣，模塊（kuài）化（huà）電機采用多台小功率變頻器聯合（hé）供電。這樣設計降低了電（diàn）機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以（yǐ）隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機（jī）合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，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（chǎn）品進行了模塊化設計，每個模（mó）塊電機都具有（yǒu）一套獨立（lì）的控製係統，大大提升了電機控製的自（zì）由度,可以利（lì）用其多電機結構和控製靈活的（de）優勢，在發生故障（zhàng）時。可（kě）以直接拆卸故障電機更換（huàn）新的（de）模塊電機即可（kě）正（zhèng）常運（yùn）行（háng）。模塊（kuài）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子模塊降額運行。使用本產品（pǐn）完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生（shēng）轉（zhuǎn）子偏心現象，偏心嚴（yán）重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生（shēng）產中常常（cháng）通過增加氣隙大小來預防掃（sǎo）膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在（zài）轉筒偏心時保證定子與轉子之（zhī）間的間（jiān）隙恒定，可將（jiāng）氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象（xiàng），同時因為（wéi）該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次（cì）數更少，工作時（shí）間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修（xiū）次數就是（shì）提高生產效率（lǜ）。
4、隨動式球磨機裝（zhuāng）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（biàn）頻調速（sù）控製，實現負載工（gōng）況多樣性
傳（chuán）統（tǒng）立磨速度單一，工況適（shì）應能力差。遇到（dào）突發事件，調整磨鞮（dī）高度來（lái）改變係統工作環境，係統反應速度慢。永（yǒng）磁（cí）同步電機采用變頻調速，適（shì）應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨（mó）輾高度外，還（hái）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（kào）性高
傳統係統（tǒng）因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸（shū）出，需要額外（wài）的盤車係（xì）統滿足立磨的低速（sù）起動。為保證在電（diàn）機起動過程不對電（diàn）網造成（chéng）過大的（de）衝擊（jī），需增加（jiā）軟（ruǎn）起動裝置。三相感應電機起動（dòng）後，通過減速器滿足係統（tǒng）轉矩需要，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（pín）控製係統控製永（yǒng）磁同步電（diàn）機起動，轉矩（jǔ）特性滿足需要，無需盤車係（xì）統和減速器，輔助係統（tǒng）少，結構簡（jiǎn）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（dài）三相感應（yīng）電機達到起（qǐ）動條件後，軟起動（dòng）裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜（zá），低速無法實（shí）現過載輸出。在低速（sù）過程（chéng）需要盤車（chē）係統，將轉速提高到三相感應（yīng）電機起動條件（jiàn）。直驅係統直接（jiē）變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控（kòng）製起動過程（chéng）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，滿足起動需要（yào），取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本（běn）更（gèng）低,維護次數少
係統各構（gòu）成單元均需要時常檢查和定期維護（hù），傳統係統構成單元（yuán）多。同時立磨減（jiǎn）速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高（gāo）。同時（shí）係統無法實現在低速（sù）運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單（dān），變頻器控製永磁同步電機（jī）直接驅動，控製方（fāng）便（biàn）。係統內無減（jiǎn）速器，無（wú）需額外進行維護（hù），係（xì）統維護成本（běn）低。同時，係統可實現（xiàn）在電（diàn）機低速運行情況下進行係統維護（hù）。
(5）傳動效（xiào）率高,節能（néng）效果明顯
綜上采用直驅（qū）永磁電機（jī）取代傳統驅動係統（tǒng）年節電量達181萬（wàn）元（yuán）。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨（mó）機直驅係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這（zhè）裏不再一—贅述（shù）。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機（jī）驅動,提高了立磨效率（lǜ）。在立磨扶正（zhèng）軸承與壓力軸承（chéng）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（dài）大直徑軸承，方便加工、生產（chǎn）、運輸、裝配、維修，並降低成本,在（zài）工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中（zhōng）、小型不同尺寸的立磨，分別設計（jì）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，永磁直驅電機具有（yǒu）雙（shuāng）向載荷機構與不同的（de）放置位置（zhì），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（shēn）請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
