1、技（jì）術背景
傳統的（de）球磨機、立（lì）磨機大都采用三相（xiàng）異步電動機、聯軸器、減速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、機構複雜、運行維護工作量（liàng）大等問題。
沈（shěn）陽工業大學電機與控製技術研究所與河南全（quán）新機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電（diàn）機,通過將電（diàn）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（jiān）環節（jiē），做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機（jī）的減速（sù）機，顯著提高了電（diàn）機的（de）效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係（xì）統免（miǎn）維護（hù）、自動化程度高等優點。
在控製方（fāng）麵,本產品電機定子（zǐ）采用了模塊（kuài）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（zuò）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功率電機的輸（shū）入電壓，但（dàn）是（shì）不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機（jī）的供電電壓和使用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。每個模塊電機都具有一套（tào）獨立（lì）的控製係統，大大提升了電機控（kòng）製的（de）自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可（kě）以隻運行部（bù）分模塊電（diàn）機驅動球（qiú）磨機。
在（zài）結構方麵，本產品（pǐn）電機的定子采用了一種自主設計（jì）研（yán）發的隨（suí）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，通過機械結構設計，確定（dìng）了一種無論（lùn）球磨機轉筒是否震動或偏（piān）心，定子塊始終跟（gēn）隨轉筒運動從而保持定子與轉（zhuǎn）子間隙恒定的結構。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（jī）永磁體用量，降低生產成本，節（jiē）約稀土資源，節能用電量（liàng）。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更（gèng）換新的模塊電機（jī）即可正（zhèng）常運行。使用本產品（pǐn）完全不會因電機發生（shēng）故障而（ér）影響到生產工期。
2、球磨機專用（yòng）隨動（dòng）式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子（zǐ）結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車（chē）輪與地麵貼合（hé），即滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪貼（tiē）合滾筒（tǒng），保證定子（zǐ）、轉子間隙恒定（dìng），在球磨機因裝配（pèi）誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成（chéng）電機偏心（xīn）、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運（yùn）行在（zài）性能狀態（tài），不必停機檢修。同時電機定（dìng）子與轉（zhuǎn）子間的（de）間隙也可以做的更小，減少永（yǒng）磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃（sǎo）膛現象。
本產品電機的定（dìng）子為隨動式結構,基於模塊化永磁直（zhí）驅電機，采用獨立的（de）扇形定子（zǐ）塊（kuài）結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼（tiē）合（hé）滾筒來確定定子與轉子間的間（jiān）隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構（gòu）。彈（dàn）性機構在球磨機滾筒不偏心（xīn）時處於半壓（yā）縮狀態,如果球磨機滾筒向上（shàng）波動，轉（zhuǎn）筒會向上頂定子（zǐ）塊上安裝的滾輪，進（jìn）而帶動定子塊（kuài）向上移動，上方彈性機構繼續（xù）壓縮;下方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其向（xiàng）上的吸引（yǐn）力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵（miàn），使定子塊跟隨轉（zhuǎn）筒波動而進（jìn）行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不（bú）變。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的吸引（yǐn）力的同時（shí），彈性機構（gòu）將上方其向下壓,下方定子塊（kuài）被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓（yā）力大（dà）小可調，對（duì）於不同位置的定子塊設（shè）置不同的壓力,避免因（yīn）彈性裝（zhuāng）置設置（zhì）的壓力過（guò）大造成滾輪或轉筒磨損較（jiào）快。
本產品（pǐn）將永磁電（diàn）機采用模（mó）塊（kuài）化（huà）控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的（de）隨動式（shì）定子塊構（gòu）成一台模塊電機，一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（mó）塊電機包（bāo）繞式安裝在球（qiú）磨機滾筒上。相（xiàng）鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上（shàng）的擋板來對（duì）定子塊進行圓周方向的限位。球（qiú）磨（mó）機滾筒的法蘭處銜（xián）接（jiē）T型支（zhī）撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及（jí）磁鋼。
本（běn）產品（pǐn）的（de）隨動（dòng）式（shì）定子塊安（ān）裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸（xiè）密封（fēng）外殼、彈性機構、彈性（xìng）機構與定（dìng）子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向（xiàng）拉出（chū），進行檢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的優（yōu）點
現階段（duàn）大多數的球磨（mó）機仍采用三相感應電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及齒輪結構（gòu）進行驅動（dòng）。永磁同步電機與感應電（diàn）機相比（bǐ）優勢（shì）是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了（le）能源。永磁電機通過（guò）變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機（jī）則起動相對困難。這些（xiē）也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原（yuán）因。
采用（yòng）永磁直驅，取消了（le）中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅（qū）係統的傳動（dòng）效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的（de）傳動效率不僅得到大幅提（tí）升，而且直驅係統的故障率低，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（pǐn）電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加（jiā）工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電機做成了（le）多個小（xiǎo）功率電機。模塊化電機的控製技術可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電流，電機不必采用高（gāo）等（děng）級（jí）絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣（yàng）設計降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器（qì）容量，從而降低成本（běn）。球磨機運行在輕載工況（kuàng）時,完全可以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（zhèng）常運行。而本產品進行（háng）了模塊（kuài）化設計，每（měi）個模塊電機都具有一套獨立（lì）的控製（zhì）係統，大大提升了電（diàn）機控製的自由度,可以利（lì）用其多電機（jī）結構和控製靈（líng）活的優勢，在發生故障時。可以直（zhí）接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可（kě）正（zhèng）常運行。模（mó）塊化電（diàn）機具有冗餘（yú）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（shǐ）用本產品完全不會因電機發生（shēng）故障而影響到生產工期。
球（qiú）磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形（xíng）變或重（chóng）載產生震動等因素會（huì）發生轉子偏心現象（xiàng），偏心嚴重時還會造成（chéng）電機掃膛損壞電機，實際（jì）生產中（zhōng）常常通（tōng）過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）高電機製造成本（běn）。隨動式定子結構的模塊（kuài）電機，能在（zài）轉筒偏心時（shí）保證定（dìng）子與轉子之間的間隙恒定，可（kě）將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時（shí）因為該隨動式定子結構在偏心時能繼（jì）續正常工作，檢修次數更（gèng）少，工作時間更（gèng）長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修（xiū）次數就（jiù）是提高（gāo）生產效率。
4、隨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（jī）的優點( 1）變頻調速控製（zhì），實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單（dān）一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度（dù）來改（gǎi）變（biàn）係（xì）統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采（cǎi）用變頻調速，適應工況能力強。遇到突（tū）發事件，除調整磨輾高（gāo）度外，還增加（jiā）了速（sù）度（dù）調節以快速適應係統（tǒng）工作環境，係統反應（yīng）速度更快。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠（kào）性（xìng）高
傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸（shū）出，需要額外的盤車係統滿足立（lì）磨的低速起（qǐ）動。為保證在電機起動過程不對電網造（zào）成過大的衝（chōng）擊，需增加軟（ruǎn）起動裝置。三相感應電機起動後，通過減（jiǎn）速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅（qū）係統由變頻控（kòng）製係統控製（zhì）永（yǒng）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，輔助係統少，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，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運（yùn）行（háng）。係（xì）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（zhuǎn）速提高（gāo）到三相感應電機起動條件。直（zhí）驅係統直接（jiē）變頻低速起動，係（xì）統直（zhí）接運行，係統控製簡單。變（biàn）頻控製起動（dòng）過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求（qiú）。低速可過載輸出，滿（mǎn）足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,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，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜（zá）需要（yào）經常維護，維護成本費（fèi）用高（gāo）。同時係統無法實現在低速運行的情況下進行（háng）係統維護。直（zhí）驅係統構（gòu）成單元（yuán）簡單，變頻器控製永磁同步（bù）電機直（zhí）接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維（wéi）護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情（qíng）況下進行係統維護。
(5）傳動效率高（gāo）,節能（néng）效果明顯
綜上采（cǎi）用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年（nián）節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤（kūn）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（cí）直驅立磨結構示意（yì）圖（tú）
本新型立磨結構采用永（yǒng）磁（cí）直驅電機驅動（dòng）,提高了立磨效率。在立磨扶正軸（zhóu）承與壓力軸（zhóu）承（chéng）上進行突破（pò），通過設計一（yī）種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸（zhóu）承，方便加（jiā）工、生產、運輸、裝配、維修（xiū），並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小（xiǎo）型不（bú）同尺寸的立磨，分別設計了（le）三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機（jī）與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓（yā）的作用，並且方便製造、裝配維護，節省（shěng）成本。均已申（shēn）請專 利。
永磁直驅（qū）礦用球磨機 
