1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異（yì）步電動機、聯軸器、減速裝置以及（jí）齒輪結（jié）構進行（háng）驅動，導致球磨機的傳動係統存（cún）在機（jī）械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護（hù）工作量大等問（wèn）題。
沈陽（yáng）工業大學電機與控製技術研究所與（yǔ）河南春梦直播（xīn）機電設（shè）備有限公司聯合設計研（yán）發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機（jī）械結構進行（háng）機電一體化設計，取消（xiāo）動力傳輸的中間（jiān）環節，做成直驅方案，能直接滿（mǎn）足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯（xiǎn）著提高了（le）電機的效率與（yǔ）功率因數（shù），具（jù）有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維（wéi）護、自動化程度高等優點。
在控製方麵（miàn）,本產品電機定子采用了模塊（kuài）化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度（dù），還相當於把一個大功率電機做（zuò）成了多個小功率電機（jī）。模塊化電機的控製技術可以（yǐ）實現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但（dàn）是不增加電機的輸入電流，電機不（bú）必采用高等（děng）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（le）電機的（de）供電電壓和使用的變頻器容（róng）量，從而降低成本。每個模塊電機都具有（yǒu）一（yī）套獨立（lì）的控製係統，大（dà）大（dà）提（tí）升了電機控製的自（zì）由度，球（qiú）磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球（qiú）磨機。
在結（jié）構方（fāng）麵，本產品電（diàn）機的定子采用了一種自主（zhǔ）設計研發的（de）隨動式結構，將（jiāng）整（zhěng）圓的定子分成若幹個相互存（cún）在間（jiān）隙的小（xiǎo）扇（shàn）形塊，通過機械結構設計，確定了一（yī）種無論球磨機轉筒是（shì）否震動或偏心，定子塊始終跟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（shè）計的（de）比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，降低生產（chǎn）成本，節約（yuē）稀土資源，節能用電量。當模塊發（fā）生故障時，直接拆卸故障電機，更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（xiǎng）到生產工期。
2、球（qiú）磨機專用隨動式永磁（cí）直驅（qū）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（dìng）子塊就像汽車。滾輪貼（tiē）合滾筒旋轉相當於汽車（chē）在公路行駛，公路（lù）的起伏不影響車（chē）輪與地麵貼合，即滾（gǔn）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、軸承磨損（sǔn）、滾筒形變（biàn）、重載（zǎi）震動等原（yuán）因造成電機偏心、氣隙不均勻（yún）時，仍能正常運（yùn）轉，保證磨機（jī）始終運行（háng）在性能狀態，不必停機檢修。同（tóng）時（shí）電機（jī）定子與轉子間的間隙也可以（yǐ）做的更小（xiǎo），減少永（yǒng）磁體用量，並且因為隨（suí）動式結構，電機不會發（fā）生掃膛現象。
本產品電機的定（dìng）子（zǐ）為隨動（dòng）式結構,基於模塊化永磁（cí）直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子（zǐ）塊的（de）軸向兩側安裝滾輪且滾（gǔn）輪貼合滾筒來確定（dìng）定子與轉子間的間（jiān）隙，定子（zǐ）塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒（tǒng）不偏心時（shí）處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會（huì）向上頂定子塊（kuài）上安（ān）裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈（dàn）性機構將其向上頂，保證下方定（dìng）子塊（kuài）的滾（gǔn）輪依（yī）然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向（xiàng）與圓周方（fāng）向的移動（dòng），從而保證定子、轉（zhuǎn）子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下（xià）複（fù）位或繼續向下（xià）波動（dòng），則上方定子塊（kuài）在受到永磁體（tǐ）對其向下的吸引力的同時，彈性（xìng）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（lì）大小可調，對於不同位置的定（dìng）子塊設置不同的壓力,避免因彈（dàn）性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨（mó）損較快。
本產品將永磁電機（jī）采用模塊化控製，根（gēn）據不同功率的電機設計采用不同個數的（de）隨動式定子塊構成一台（tái）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（yòng）同一個轉（zhuǎn）子，模塊電（diàn）機包繞式安（ān）裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子（zǐ）塊間設有固（gù）定在支撐框（kuàng）架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位（wèi）。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（běn）產品的隨動式定子塊安裝拆卸（xiè）十分便捷，隻（zhī）需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構（gòu）與定子塊之（zhī）間的（de）連接杆、彈性機構支（zhī）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（tì）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（zhuāng）置以及齒輪結構進行驅動。永磁同（tóng）步電（diàn）機與感應電機相比優勢是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（qì）進行調速，電機運行平穩，係統響應速（sù）度快，感應電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁（cí）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（xì）統的傳動鏈（liàn），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（lǜ）不僅得到大幅提升，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（chéng）環境汙染。
由（yóu）於本產品電機（jī）定子采用了（le）模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工，製造，運輸等（děng）難度，還相當於把一個大功率電（diàn）機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製（zhì）技術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不（bú）增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模（mó）塊（kuài）化電機采（cǎi）用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設（shè）計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器（qì）容量，從而（ér）降低成本。球磨機運行在輕載工況時（shí）,完全可以隻運行部分模塊電（diàn）機驅動（dòng）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（fǎ）繼續正常運行（háng）。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨立（lì）的控製係統，大（dà）大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時（shí）。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模（mó）塊化電機具有冗（rǒng）餘的模塊數，也可（kě）切除（chú）故障子模塊而（ér）控製其餘正常子模塊降額（é）運行。使用本產品完（wán）全不會因電機發（fā）生故障而（ér）影響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變或（huò）重載產生震動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，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（dǎo）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（mó）塊電機，能在轉筒（tǒng）偏心（xīn）時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做（zuò）的更小，減少永磁體用（yòng）量，電（diàn）機不會發（fā）生掃膛現象，同時因為（wéi）該隨動式定子結構在偏心時（shí）能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長（zhǎng），大體（tǐ）積（jī）球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝（zhuāng）配示意圖
二、永磁直（zhí）驅立磨技（jì）術
1、立磨直驅對比於傳統（tǒng）感應（yīng）電機的優（yōu）點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多（duō）樣性
傳統立（lì）磨速（sù）度單一，工況適應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度（dù）來改變係統工作環境，係統反應速（sù）度（dù）慢（màn）。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整（zhěng）磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係（xì）統工作環境，係統反應速度更（gèng）快。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應（yīng）電機無（wú）法在低速實（shí）現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起（qǐ）動裝置。三相感應（yīng）電機（jī）起動後，通過減速器滿足係統轉矩（jǔ）需要，整個係統構成複雜，係統（tǒng）運行的輔助設備很（hěn）多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁（cí）同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤（pán）車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定（dìng）
傳統係統（tǒng）先由低速盤車係（xì）統起動，待三相感（gǎn）應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過（guò）載輸（shū）出。在低速過程需要盤車係統，將（jiāng）轉速提高到三相感應電機（jī）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（pín）控製起動過程可根據實（shí）際工況進行調整，以滿足各種（zhǒng）工況的需求。低（dī）速可過（guò）載（zǎi）輸出，滿足起動需要，取（qǔ）代盤車係統。
(4）無減速器（qì），維護成本（běn）更低,維護次數少
係（xì）統各構（gòu）成單（dān）元（yuán）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下進行係統維護。直驅係統構（gòu）成單元簡（jiǎn）單，變頻（pín）器控製永磁同（tóng）步電機直接驅動，控（kòng）製方便。係統（tǒng）內無減速器，無需額外進行維護，係（xì）統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運（yùn）行情況下進行係統維護。
(5）傳（chuán）動效率高,節能效果明顯
綜（zōng）上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬（wàn）元。（按照（zhào）5000h,0.6元/kWh）立（lì）式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨機（jī）直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁（cí）直驅立磨結構示意圖
本新型（xíng）立磨結構采（cǎi）用永磁直驅（qū）電機驅動,提（tí）高了（le）立磨效（xiào）率。在立磨扶正軸（zhóu）承與壓力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載（zǎi）荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運（yùn）輸、裝配（pèi）、維修（xiū），並降低成本,在（zài）工（gōng）程實際中具有（yǒu）很強的實用型。
針對大（dà）、中、小型不同（tóng）尺寸（cùn）的立（lì）磨，分別（bié）設計了三種立（lì）磨（mó）專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動（dòng）機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同（tóng）的放置位（wèi）置，均能達到扶正與承壓的作用，並且（qiě）方便製造、裝配維護，節省成本（běn）。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
