1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝（zhuāng）置以（yǐ）及齒輪結（jié）構（gòu）進行驅動，導致球磨（mó）機的傳動係統存在機械傳動鏈冗（rǒng）長（zhǎng）、效率低、機構複雜、運行維護工作量（liàng）大等問題。
沈陽工業（yè）大學電（diàn）機與控製技術研究所與河（hé）南全（quán）新（xīn）機電設備有限公司聯合（hé）設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將（jiāng）電動機與機械結構進行（háng）機電一體（tǐ）化設計，取消動（dòng）力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求（qiú），省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過（guò）載能力強、係統（tǒng）免維護、自動（dòng）化程度高等優點（diǎn）。
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（gōng）、製造、運輸等難度，還（hái）相當（dāng）於把（bǎ）一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大（dà）功率電（diàn）機的輸（shū）入電壓，但是不增加電機的輸入（rù）電流，電機不必采（cǎi）用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合（hé）供電，這樣設計降（jiàng）低了電機的供電電壓和使用的變頻器容（róng）量（liàng），從（cóng）而（ér）降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的（de）控製（zhì）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，完全可以隻運行部分模塊電機驅（qū）動球磨機。
在結（jié）構方麵（miàn），本產品電機的定子采用了一種自主（zhǔ）設計研（yán）發的隨動式結構（gòu），將（jiāng）整圓（yuán）的定子分成若幹個相互存在間（jiān）隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無（wú）論球磨機轉筒是否震動或偏（piān）心，定子（zǐ）塊（kuài）始終跟隨轉筒（tǒng）運動從（cóng）而保持定子與轉子間隙恒定的（de）結構（gòu）。本產（chǎn）品（pǐn）通過機械結構設計保證定子與轉子（zǐ）間的間（jiān）隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁（cí）直（zhí）驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產（chǎn）成本，節約稀（xī）土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故（gù）障電機，更換新的模塊電機即可正（zhèng）常運行。使用本產品完（wán）全不會因電（diàn）機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動（dòng）式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構（gòu）構成一種（zhǒng）“小車結構”，滾筒就像（xiàng）公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合（hé）滾筒旋轉（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（piān）心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定（dìng）子、轉子間隙恒（héng）定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變、重載震（zhèn）動等原因造成電機偏（piān）心、氣隙不均勻時，仍能（néng）正常運（yùn）轉（zhuǎn），保證磨（mó）機始終運行在性（xìng）能狀態，不必停機檢（jiǎn）修。同時電（diàn）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（gòu），電機不會發（fā）生掃膛現象。
本產品電（diàn）機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其（qí）隨動原理是在定（dìng）子塊的軸向兩側安裝滾輪且（qiě）滾輪貼合滾筒（tǒng）來確定定子與轉子間的間（jiān）隙，定子塊徑向外側設有與支（zhī）撐（chēng）框架相連的彈性機構。彈（dàn）性機構在（zài）球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀（zhuàng）態,如果球磨機滾筒向上波動（dòng），轉筒會向上頂定子塊上安（ān）裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構（gòu）繼續壓縮;下方定子塊在受（shòu）到永磁（cí）體對其向上的吸引力（lì）的同（tóng）時（shí），定子（zǐ）塊上的（de）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（zhuǎn）筒波動而進行徑向與圓周方向的移動，從而保（bǎo）證定子（zǐ）、轉子之間的間（jiān）隙不變。球磨機滾筒向下複（fù）位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下（xià）的（de）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（yā）力,避免因彈（dàn）性裝置設（shè）置的壓（yā）力過（guò）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（gōng）率的（de）電機設計采用不同個數的（de）隨動式（shì）定子塊（kuài）構成一台模塊電機，一（yī）台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉（zhuǎn）子，模塊（kuài）電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相（xiàng）鄰隨動（dòng）式定子塊間設有固（gù）定在支撐框（kuàng）架上的擋板來對定子（zǐ）塊進行（háng）圓周方向的限位。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（cì）拆卸密封外殼、彈性機構、彈（dàn）性機構與定子塊之間（jiān）的連接（jiē）杆、彈（dàn）性機構支（zhī）撐架，即可將定子塊沿徑（jìng）向拉出，進行檢（jiǎn）修（xiū）或更換新的定子塊（kuài）。
3、采用本產品代（dài）替傳統磨機的電機（jī）驅（qū）動係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采（cǎi）用三相感應（yīng）電動機、聯軸器（qì）、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步（bù）電（diàn）機與感應（yīng）電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大（dà）降低，節約了能源。永（yǒng）磁電機通過變（biàn）頻器進（jìn）行（háng）調（diào）速，電機運（yùn）行平穩，係統響應速度快，感應電機則起（qǐ）動相對（duì）困難。這些也是近年來永（yǒng）磁電機（jī）應用越來越（yuè）廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短（duǎn）係統的傳動鏈（liàn），直（zhí）驅係統的傳動效率將提（tí）升至少20%。球磨（mó）機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直（zhí）驅係統的故障率（lǜ）低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降（jiàng）低了加工，製（zhì）造，運輸等難度，還相當於把一個大（dà）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（kě）以實現降低（dī）大功率（lǜ）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（děng）級絕緣，模塊化電機采（cǎi）用多台小功（gōng）率（lǜ）變頻器聯合供電。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。球磨機運行在輕載工況時,完全可（kě）以隻運（yùn）行部分模塊電機驅動球磨（mó）機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加（jiā），平均轉矩（jǔ）下降（jiàng），轉矩波動顯著增加，無法繼續（xù）正常運行。而本產品進行了模塊化設（shè）計，每個模塊電機都具（jù）有（yǒu）一套獨立的控製係統（tǒng），大大提升了電機控（kòng）製的自（zì）由度,可以利用其多電機結（jié）構和控製靈活的優勢（shì），在（zài）發生故障時。可以直接拆卸故障（zhàng）電機更（gèng）換新的模塊電（diàn）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（yú）正常子模塊降額運行。使用本產品（pǐn）完全不（bú）會因電（diàn）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、滾筒形變或重載產生震動等（děng）因素會發生轉子偏心（xīn）現象，偏心（xīn）嚴重時還（hái）會造成電機（jī）掃膛損壞（huài）電機，實際生產中常常通過增（zēng）加氣隙大小（xiǎo）來預防掃膛，而氣隙增大會導（dǎo）致永磁體用量增加，提（tí）高（gāo）電機製造成本。隨動式定子結構的模（mó）塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機（jī）不會發生掃膛現象（xiàng），同時因為該（gāi）隨動式定子結（jié）構在偏心時能繼續正常工作，檢修次（cì）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（mó）機裝配示意圖
二、永磁直驅立（lì）磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感（gǎn）應（yīng）電（diàn）機的優點( 1）變頻調速控製（zhì），實現負（fù）載工況多（duō）樣性
傳統立磨速度單一，工況適應（yīng）能力（lì）差。遇到突（tū）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（jiā）了速度調節以（yǐ）快（kuài）速適應係統工（gōng）作環境，係統反應速度（dù）更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電（diàn）機無法在低速實現大轉矩輸出，需要（yào）額外的盤車係統滿足（zú）立磨的低速起動。為保證在電機起動（dòng）過程不對電網造（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（tōng）過減速器（qì）滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統（tǒng）運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特（tè）性滿足需要，無（wú）需盤車係（xì）統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻（pín）器軟起動（dòng），起動過程隨意設定
傳統係（xì）統先由低（dī）速盤車係統起動，待三相感應電機達到起（qǐ）動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實（shí）現過載輸出。在低速過（guò）程需（xū）要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起（qǐ）動條件（jiàn）。直驅係統直接變（biàn）頻低速起動，係（xì）統直接運行，係統控（kòng）製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進行（háng）調整，以滿足各種工況的需求（qiú）。低速（sù）可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統（tǒng）。
(4）無（wú）減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同（tóng）時立磨減速器結（jié）構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速（sù）運行的情況下進行係（xì）統維護。直驅係統構成單元簡（jiǎn）單，變（biàn）頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行（háng）維（wéi）護，係統維護成本低。同時，係統（tǒng）可實現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效（xiào）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（kūn）磨機（jī）直驅係統的優勢與球磨機（jī）直驅係統相同，這裏不再一—贅（zhuì）述。
2、永磁直驅立磨結構示（shì）意（yì）圖
本新型立磨結構采用（yòng）永磁直（zhí）驅電機驅動,提高了（le）立（lì）磨效率。在立磨扶（fú）正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設（shè）計一種雙向載荷扇形模塊機（jī）構（gòu）替代大直徑軸承，方便加工、生產（chǎn）、運輸（shū）、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、中、小型不同尺寸的立磨，分別（bié）設計了三（sān）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（qū）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作用，並且方便製造、裝（zhuāng）配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
