1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步（bù）電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨（mó）機的傳動係統（tǒng）存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構（gòu）複雜、運（yùn）行維護工作量大（dà）等問題。
沈陽工業大學（xué）電機與控製技術（shù）研究所與河南天美传媒在线機電（diàn）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,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方（fāng）案，能直接滿足荷載的需求，省去傳（chuán）統磨機的減速（sù）機，顯著提高了電機（jī）的效（xiào）率與（yǔ）功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係（xì）統（tǒng）免維護、自（zì）動化程度高等優點。
在控製方麵（miàn）,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（yú）把一個大功率電（diàn）機做成了多個（gè）小功率電機。模塊化電機的控製技（jì）術（shù）可以實現降低大（dà）功率電機的（de）輸入電壓，但是不（bú）增加電機的輸入電流，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供電，這樣設計（jì）降低了電機的供電電（diàn）壓和使（shǐ）用的變（biàn）頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具（jù）有一套獨立的控製係統，大大（dà）提升了電機控製的自（zì）由度，球磨機（jī）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。
在結構方麵，本產品電（diàn）機的定子采用了一種自主設計研發的隨（suí）動式結構，將整圓的定子分成若幹個（gè）相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構（gòu）設計，確定了一種（zhǒng）無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子（zǐ）塊始終跟隨轉筒運（yùn）動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機（jī）械結（jié）構設計保（bǎo）證定子與轉子間的間隙恒（héng）定，電機不會發（fā）生掃膛現象，因此電（diàn）機的氣隙可以設計（jì）的比（bǐ）普通永磁（cí）直驅電機（jī）的小很多，從（cóng）而大幅降低電機永磁體用量，降（jiàng）低生產成本，節約稀土資源（yuán），節能用電（diàn）量。當（dāng）模塊發生故障時，直接拆卸故障電機（jī），更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到（dào）生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產（chǎn）品的（de）隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定（dìng）子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛（shǐ），公路的起（qǐ）伏不影響車（chē）輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影（yǐng）響滾輪貼合滾筒，保證定（dìng）子、轉子間隙恒（héng）定，在（zài）球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均（jun1）勻時（shí），仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機（jī）檢修（xiū）。同（tóng）時電機定子（zǐ）與轉子間（jiān）的（de）間（jiān）隙也（yě）可（kě）以做的更小，減少永磁體用量，並（bìng）且因為隨（suí）動式結構，電機不會發生（shēng）掃膛現（xiàn）象。
本產品電機（jī）的定子為隨動（dòng）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（gòu），其隨動原理是在（zài）定子（zǐ）塊的軸向兩側安裝滾（gǔn）輪且滾輪（lún）貼合滾筒來確定定（dìng）子與轉子間（jiān）的間（jiān）隙，定（dìng）子塊徑向外（wài）側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈（dàn）性機構在球磨（mó）機滾筒不偏心時處於半壓縮（suō）狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上（shàng）頂定子塊上安（ān）裝的滾輪，進而帶（dài）動定子塊向上移（yí）動，上方彈性機構繼續壓（yā）縮（suō）;下方定子塊在受（shòu）到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的（de）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（jìng）向與（yǔ）圓周方向的移動（dòng），從而保（bǎo）證（zhèng）定子、轉子之間的間隙不變。球磨（mó）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（de）吸引力的同時（shí），彈性機構將（jiāng）上方其向下壓,下方定子塊被（bèi）轉（zhuǎn）筒向下壓。
本產品彈性裝置（zhì）的壓（yā）力大小可調，對（duì）於不同位（wèi）置的（de）定子塊設置不同的壓力,避（bì）免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪（lún）或（huò）轉筒磨損（sǔn）較快。
本（běn）產品將永磁電（diàn）機采用模塊化控製，根據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多（duō）台模塊電機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在（zài）球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊（kuài）進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安（ān）裝電機轉子鐵心及（jí）磁鋼。
本（běn）產品的隨動式定子塊（kuài）安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球（qiú）磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機（jī）構、彈性機構與定子塊之間（jiān）的（de）連接（jiē）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、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
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。永磁同步電機與感應電機（jī）相比優勢是它有較高的效率和功（gōng）率因數，損耗大大降（jiàng）低，節約了能源。永磁電機通過（guò）變頻器進行調（diào）速，電機運行平穩，係統（tǒng）響應速度快，感應電機則起動相對困（kùn）難。這些也是近年來永磁電（diàn）機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取（qǔ）消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統（tǒng）的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機（jī）直驅係統的傳動效率不（bú）僅得到大幅提升，而且直驅係統的故（gù）障（zhàng）率低（dī），維（wéi）護檢修（xiū）方便，還避免了傳統設備因漏油（yóu）造成環境汙染。
由於（yú）本產品電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不（bú）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（jī）不必采用高等（děng）級絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器（qì）聯合供電。這（zhè）樣設計降低了（le）電機的供電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（gōng）況時,完全可以隻運行（háng）部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導（dǎo）致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下（xià）降，轉矩（jǔ）波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本（běn）產品進行了（le）模塊化設計，每個模塊電機都具有一套（tào）獨（dú）立的控製係統，大（dà）大提升了電機控製的自由度,可以利用其多（duō）電機結構（gòu）和控製（zhì）靈活的優勢，在（zài）發生故障時。可（kě）以直接拆卸故障（zhàng）電機更換新的模塊（kuài）電機（jī）即可正常運行（háng）。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（jiàng）額運行。使用本產品完全不會因電（diàn）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、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉（zhuǎn）子偏心現象（xiàng），偏心（xīn）嚴重時（shí）還（hái）會造成電機掃膛（táng）損壞電機，實際生（shēng）產中常（cháng）常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而（ér）氣隙增大會導致永磁體（tǐ）用量增加，提（tí）高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時（shí）保證定子（zǐ）與轉子之間（jiān）的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永（yǒng）磁體用（yòng）量，電（diàn）機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時（shí）能繼續正常工作，檢修次數更（gèng）少，工作時間更長，大（dà）體（tǐ）積球磨機檢修（xiū）複雜，降低檢修次數就是提高生（shēng）產效（xiào）率。
4、隨動式球（qiú）磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立（lì）磨技術
1、立磨直驅對比於傳（chuán）統感應電機的優點( 1）變頻調（diào）速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差（chà）。遇到突（tū）發（fā）事（shì）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（diào）速，適應工（gōng）況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外（wài），還增加了速度調節以快速（sù）適（shì）應係統工作環境，係（xì）統反應速（sù）度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三（sān）相感應電機無法（fǎ）在低（dī）速實現大轉矩輸出，需要額（é）外的盤車係統滿足立磨的低速（sù）起動（dòng）。為保證在電機起動過程不對電網造成過（guò）大的衝擊，需增（zēng）加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係（xì）統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔（fǔ）助設備很多。直驅係統（tǒng）由變頻（pín）控製係統控製永磁同步電機（jī）起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統（tǒng）和減速器，輔助（zhù）係統少，結構簡單（dān）。
(3）變頻器軟起動（dòng），起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤（pán）車係統起動（dòng），待（dài）三相感應電機達到起動條件後（hòu），軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行（háng）。係統控製複（fù）雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤（pán）車係統，將轉（zhuǎn）速提（tí）高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製（zhì）起動過程可根據實際工況進行調（diào）整，以（yǐ）滿足各種工況的需求。低速（sù）可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係（xì）統。
(4）無減（jiǎn）速器（qì），維護成本更低（dī）,維護次數少
係統各構成單元均需（xū）要時（shí）常檢查和定期維護，傳統係統構成（chéng）單元多。同時立磨（mó）減速器結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運行的情況（kuàng）下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控（kòng）製方便。係統內無減速器，無（wú）需額外進行維護，係（xì）統維護成本低。同時（shí），係統可實現在電機（jī）低速運行（háng）情況下（xià）進行係統維護（hù）。
(5）傳（chuán）動效率高,節能（néng）效果（guǒ）明（míng）顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統（tǒng）驅動係統年節（jiē）電量達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（tóng），這裏不再（zài）一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用永磁直（zhí）驅電機驅動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正（zhèng）軸承（chéng）與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷（hé）扇形模塊（kuài）機（jī）構替代大直徑（jìng）軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程（chéng）實際中具（jù）有很（hěn）強的實用型。
針對大、中（zhōng）、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用（yòng）永磁電機，代替傳統的減速（sù）機與三相異步電動機（jī），永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同（tóng）的（de）放置位置，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（yǐ）申請專 利（lì）。
永磁直（zhí）驅礦用球磨機 
