1、技術背（bèi）景
傳統的（de）球磨機、立磨機大都（dōu）采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進（jìn）行驅動，導致球磨（mó）機的（de）傳動係統（tǒng）存在機械傳動鏈冗長、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南（nán）红桃影视（xīn）機電（diàn）設備有限公司聯（lián）合（hé）設計研發的球（qiú）磨機、立磨機采用永磁（cí）直驅電機,通過將電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（huán）節，做成直驅方（fāng）案，能直接滿（mǎn）足荷（hé）載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電（diàn）機的效（xiào）率與功率因數，具有節能、起（qǐ）動轉矩大（dà）、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製（zhì）方麵,本產品電機定子采用了模（mó）塊化（huà）設計（jì），不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個大功率電機做成了多個小功率電（diàn）機。模塊化電機的控製技術可（kě）以實現降低大功（gōng）率（lǜ）電機的輸入電（diàn）壓，但是不（bú）增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕（jué）緣。模塊化電機（jī）采用多台小功率變頻器聯合供電（diàn），這（zhè）樣設計降低了電機的供電電（diàn）壓（yā）和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊（kuài）電機都具有一套獨立的控（kòng）製係統，大大提（tí）升（shēng）了電（diàn）機控製的自由度，球磨機運行（háng）在輕載（zǎi）工況時，完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機驅（qū）動球磨機。
在結（jié）構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨（suí）動式結構（gòu），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（xiè）結（jié）構設計，確定了一種無論（lùn）球磨機轉筒是否震（zhèn）動或偏心，定子塊始終跟隨轉（zhuǎn）筒運動從而保持（chí）定子與轉子間隙（xì）恒定的結構。本產品通過機械（xiè）結構設計保（bǎo）證定子（zǐ）與轉（zhuǎn）子間的間隙恒定，電機不會（huì）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（hěn）多，從而大（dà）幅降低（dī）電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故障時（shí），直接拆卸故障電機，更換新的（de）模塊電機（jī）即可正常運行。使用本產品完全不會因（yīn）電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用（yòng）隨（suí）動式永磁直驅電機（jī）概述
本產品的隨動式定子結構構成一（yī）種“小車結構”，滾筒就像公路（lù），定子塊就像（xiàng）汽車。滾輪（lún）貼（tiē）合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公（gōng）路（lù）的起伏不影（yǐng）響車輪與地麵貼合，即（jí）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（zhuāng）配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載（zǎi）震動等（děng）原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正（zhèng）常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態（tài），不必（bì）停機檢修（xiū）。同時電機定子與轉子間的間隙也（yě）可（kě）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（shēng）掃膛現象（xiàng）。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊（kuài）化（huà）永磁直驅電機，采用（yòng）獨立的扇形定子塊結構（gòu），其隨（suí）動原理是在定子塊的軸向兩側（cè）安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子（zǐ）間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機（jī）滾筒不偏心時處於半壓（yā）縮狀態,如果球磨機滾（gǔn）筒向上波動，轉筒會向上頂定子（zǐ）塊上（shàng）安裝的滾輪，進而帶動定（dìng）子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到（dào）永磁體對其向上的吸（xī）引力的同時，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，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、轉子之間的間隙不變（biàn）。球磨機（jī）滾筒向下複位或繼續向下波動，則（zé）上方定子塊在受到永磁體對其向下（xià）的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓（yā）。
本產品彈性裝置（zhì）的（de）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（zhì）的壓力過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（huà）控製（zhì），根據不（bú）同功（gōng）率的電機設計采用不同個（gè）數的隨動式定子塊構成（chéng）一台（tái）模塊電機，一台整圓電機由多台（tái）模（mó）塊電（diàn）機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框（kuàng）架上的擋板來對定子（zǐ）塊進行（háng）圓（yuán）周方向的限位。球磨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（xīn）及磁（cí）鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝（zhuāng）拆（chāi）卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性（xìng）機構與定子塊之間的連接杆、彈性（xìng）機構支撐架，即可將（jiāng）定子塊（kuài）沿徑向拉出，進行（háng）檢修或（huò）更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機（jī）驅動係統的優點
現階段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。永磁同步電機與（yǔ）感應（yīng）電機相比優（yōu）勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節（jiē）約（yuē）了能源。永磁電機通過變頻器進（jìn）行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動（dòng）相對困難。這（zhè）些也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
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，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機（jī）直驅係（xì）統的傳動效率不僅得到大（dà）幅提升（shēng），而且直（zhí）驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了（le）傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於（yú）本產品電機定子采用了模塊化設計（jì），不（bú）僅（jǐn）降低了加工，製造，運（yùn）輸（shū）等難度，還（hái）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（diàn）機不必（bì）采用（yòng）高等級絕緣，模塊化電機采用（yòng）多台小功率（lǜ）變頻器聯合供（gòng）電。這樣設計（jì）降低了電機的供電（diàn）電壓和使用的變頻器容量，從而（ér）降低成本。球磨機運行在輕載工況（kuàng）時,完全可以隻運行部分模（mó）塊（kuài）電機驅動球磨（mó）機。
傳統電機故障時，會導致（zhì）電機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（xù）正常運行。而本產品進行了模塊化設計（jì），每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大（dà）提升了電（diàn）機控製的自由度,可以利用其多電機結構和（hé）控（kòng）製靈活的優勢，在發生故障時。可以（yǐ）直接拆卸（xiè）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（mó）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（yòng）本產品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（chà）、軸承磨損、滾筒形（xíng）變或（huò）重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重（chóng）時還會造成電機掃（sǎo）膛損壞電機，實際生產中常常通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。隨動（dòng）式定子結構的模（mó）塊電機，能在轉筒（tǒng）偏心時保證（zhèng）定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁（cí）體用量，電機不（bú）會發（fā）生掃膛現象，同時因為（wéi）該隨動式定子結構在偏心時能（néng）繼續正常工作，檢（jiǎn）修次數更少，工作時間更長，大體積球（qiú）磨（mó）機檢修複雜，降低檢修次數就是提高（gāo）生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅（qū）立磨技術
1、立磨直（zhí）驅（qū）對比於傳（chuán）統感（gǎn）應電機的（de）優點( 1）變（biàn）頻調（diào）速控（kòng）製，實現負載工況多樣性
傳（chuán）統立磨速度單一，工況適應能力差。遇（yù）到突發事件，調整磨鞮高度來改變係（xì）統工作環境，係統（tǒng）反（fǎn）應速（sù）度慢（màn）。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發（fā）事件，除調整磨輾高度外（wài），還增加了速度調節以快速適應係統工（gōng）作環境，係統（tǒng）反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤（pán）車係統滿足（zú）立磨的低速起動（dòng）。為保證在電機起動過程不對電網造（zào）成過（guò）大的（de）衝擊，需增加（jiā）軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需（xū）要，整個係統構成複雜，係統（tǒng）運行的輔助設（shè）備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動（dòng），轉矩特性滿足需要，無（wú）需盤車係統和減速器，輔（fǔ）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（dī）速盤（pán）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。係統控製複雜，低速無法實現過（guò）載輸出。在低速過程需要盤車（chē）係統，將轉速（sù）提高（gāo）到三（sān）相感應電機起動條（tiáo）件。直驅係統直接變頻低速起動（dòng），係統直接（jiē）運行，係統控製簡單。變頻（pín）控製起動過程可根據實際工（gōng）況進（jìn）行調（diào）整，以滿足（zú）各種（zhǒng）工況（kuàng）的需求。低速（sù）可過載輸出，滿足（zú）起動需要，取（qǔ）代盤車係統（tǒng）。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單元均需要時常（cháng）檢查和定期維護，傳統係統構成（chéng）單元多（duō）。同（tóng）時立磨減（jiǎn）速器結構複雜需要經常維（wéi）護，維護成本費用高。同時係統無（wú）法實現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係（xì）統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電（diàn）機直接驅動，控製方便（biàn）。係統（tǒng）內無減速器，無需額外進行（háng）維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行係統維護（hù）。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統（tǒng）驅動係統年節電量（liàng）達181萬（wàn）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（qū）係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永（yǒng）磁直驅立磨結構示意圖
本新型立（lì）磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶（fú）正軸承與壓力軸承上進（jìn）行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生（shēng）產、運輸、裝配、維（wéi）修，並降低成本,在工程（chéng）實際（jì）中具有很強的實用型。
針對（duì）大、中、小型不同尺寸的立磨（mó），分別設計了三種立磨專用（yòng）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（jù）有雙向載荷機構與不同的（de）放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配（pèi）維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
