1、技（jì）術背景
傳統的（de）球磨機、立磨機大都（dōu）采用（yòng）三相（xiàng）異步電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行驅動，導（dǎo）致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機（jī）構複雜（zá）、運行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學電機與控製技（jì）術研究所與河南春梦直播機電設備（bèi）有限公司聯合設計研發的球（qiú）磨機、立磨機采用（yòng）永（yǒng）磁直驅電（diàn）機,通過將電動機與機械結構（gòu）進行機電一體化設（shè）計，取消動力傳輸的中間環節（jiē），做成直驅方案，能（néng）直接滿足荷載的需求，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（dòng）轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優（yōu）點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化設計（jì），不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相當於把一（yī）個大功率電機做成了（le）多個小功率（lǜ）電機。模塊化電機的控製技術（shù）可以實現（xiàn）降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電（diàn）機的輸入電流，電機不必采用高等（děng）級絕緣。模塊化電機（jī）采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降（jiàng）低了電機（jī）的供電電壓（yā）和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運（yùn）行在輕載工況時，完全可以（yǐ）隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采（cǎi）用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定（dìng）子分（fèn）成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種（zhǒng）無論球磨機轉筒是否震（zhèn）動或（huò）偏心，定子塊始（shǐ）終跟隨轉筒運動從（cóng）而（ér）保持定子與（yǔ）轉子間隙（xì）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計（jì）的比普（pǔ）通永磁直驅電機的小很（hěn）多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資（zī）源，節能用電（diàn）量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的（de）模塊電機（jī）即可（kě）正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品（pǐn）的（de）隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就（jiù）像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公（gōng）路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏心浮（fú）動不影響滾輪貼合滾筒，保證（zhèng）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、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能（néng）狀（zhuàng）態，不必（bì）停機檢修。同時電（diàn）機（jī）定子與轉子間的間隙（xì）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，電機不會發生掃（sǎo）膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊（kuài）化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其（qí）隨動原理是在定子塊的軸向兩側安（ān）裝滾輪且滾（gǔn）輪貼合（hé）滾筒來確定（dìng）定子與轉子間的間（jiān）隙，定子塊（kuài）徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機（jī）構在（zài）球（qiú）磨機滾筒不偏心（xīn）時處於半壓（yā）縮狀態（tài）,如果球磨機（jī）滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的（de）滾輪，進（jìn）而帶動定（dìng）子（zǐ）塊向上移動，上方彈（dàn）性機構繼（jì）續壓縮;下方定子塊在（zài）受到永磁體（tǐ）對其向上的（de）吸引力的（de）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（yī）然貼合轉筒外表麵，使定子塊（kuài）跟（gēn）隨轉筒波動而進（jìn）行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位（wèi）或繼續向下波動，則上方定子（zǐ）塊在（zài）受到永（yǒng）磁體對（duì）其向下的吸（xī）引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被（bèi）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（kuài）設置不同的（de）壓力,避（bì）免因彈性裝置設置（zhì）的壓力（lì）過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁（cí）電機采（cǎi）用模塊化控（kòng）製，根據不同功率（lǜ）的電機設計采用不同個數（shù）的隨動（dòng）式定子塊構成一台模塊（kuài）電機，一台整圓電機由（yóu）多（duō）台模塊電（diàn）機（jī）構成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉子，模塊（kuài）電機包繞式安裝在球（qiú）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進（jìn）行圓周方向的限（xiàn）位。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（cí）鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝（zhuāng）拆卸十分便捷，隻需（xū）要沿球磨機的徑向依次拆卸密封（fēng）外殼、彈性機構、彈性（xìng）機構與定子塊（kuài）之間的連接（jiē）杆、彈（dàn）性機構支撐架，即可（kě）將定子塊沿徑向拉出，進（jìn）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（qiú）磨機仍采用三相（xiàng）感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅動。永磁同步電（diàn）機與感（gǎn）應電機相（xiàng）比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節（jiē）約了能源。永磁電（diàn）機通過變頻（pín）器（qì）進行調（diào）速（sù），電機（jī）運行平穩，係統響應速度快，感應電（diàn）機則起動相對困難。這些（xiē）也是近年（nián）來永（yǒng）磁電（diàn）機應用越（yuè）來越廣泛的原因。
采用永磁直驅（qū），取消了中間的減（jiǎn）速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直（zhí）驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統（tǒng）的傳動效率不僅（jǐn）得到大（dà）幅提（tí）升，而且直驅係統的（de）故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統（tǒng）設備因漏油造成環境汙染（rǎn）。
由於本產（chǎn）品電機定（dìng）子采（cǎi）用了模塊（kuài）化設計，不（bú）僅降低了（le）加工，製造，運輸等難度，還相當於把（bǎ）一個大（dà）功率電機做（zuò）成了多（duō）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（yā），但是（shì）不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕（jué）緣，模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電。這樣設計降（jiàng）低了電機的供電（diàn）電壓和使用的變頻器容量，從而降（jiàng）低成本。球磨機運行（háng）在（zài）輕載工況時,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（cí）動勢發生畸變，諧波含（hán）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（běn）產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一套獨（dú）立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多（duō）電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常（cháng）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正常子模（mó）塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期（qī）。
球磨機因（yīn）加工誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒（tǒng）形變或重載產生震動等因素會（huì）發生轉子偏心現象（xiàng），偏（piān）心（xīn）嚴重時還會造成電機（jī）掃膛損壞電（diàn）機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而（ér）氣隙增大會導致（zhì）永磁體（tǐ）用量增（zēng）加（jiā），提高電機製造成（chéng）本。隨動式定子結構的模塊電（diàn）機，能（néng）在轉筒偏心時（shí）保證定（dìng）子與轉子（zǐ）之間（jiān）的間（jiān）隙恒定，可將氣（qì）隙做的更小，減少永（yǒng）磁體用量，電機不（bú）會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積（jī）球磨機（jī）檢修複（fù）雜，降低（dī）檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示（shì）意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性
傳統（tǒng）立磨速（sù）度單一，工況適應（yīng）能力差。遇（yù）到突發事件，調整磨鞮高度來改變（biàn）係統工作環境，係統反應速度慢（màn）。永（yǒng）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，還增加了速度調節以快速適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統（tǒng）因三相感應電機無法在低（dī）速實現大轉矩輸出，需要（yào）額外的盤車（chē）係統滿（mǎn）足立（lì）磨的低速起動。為保證在電機起動（dòng）過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通（tōng）過減速器滿足係統轉矩需要，整（zhěng）個係統構（gòu）成複（fù）雜，係統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（dòng），轉矩特性滿足需（xū）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，起動過程隨意設定
傳統係統先由低速盤車係統（tǒng）起動，待（dài）三相感應電機達到起動條件後，軟起（qǐ）動裝置起動三相感應電機，係統運（yùn）行。係統（tǒng）控（kòng）製複雜，低速無法實（shí）現過載輸出。在低速過程需要盤車係（xì）統，將（jiāng）轉速提高到三相感應電機起動條（tiáo）件。直（zhí）驅係（xì）統直接變頻低速起（qǐ）動，係（xì）統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起（qǐ）動過（guò）程（chéng）可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況（kuàng）的需求。低速可過（guò）載輸出，滿足起動（dòng）需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低（dī）,維護次數少
係（xì）統各（gè）構成（chéng）單元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單（dān）元（yuán）多。同時（shí）立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護（hù）成本費用高（gāo）。同時係（xì）統無法實（shí）現在低速運行的情（qíng）況下進行係統維護（hù）。直驅係統構成單元簡單，變頻（pín）器控製永磁同步電機（jī）直接驅動，控製（zhì）方便。係統內無減速器，無需額外進（jìn）行維護，係（xì）統維護成本低。同時，係統可實現在電機（jī）低速運（yùn）行情況（kuàng）下進（jìn）行係統（tǒng）維（wéi）護。
(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驅（qū）動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式（shì）鯤磨機直驅（qū）係統的優勢與球磨機直驅係統相（xiàng）同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨結構采用（yòng）永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破（pò），通（tōng）過設計（jì）一種雙向載荷扇形（xíng）模塊機構替（tì）代大直徑軸承，方便加工、生產、運（yùn）輸、裝（zhuāng）配、維修，並降低成本,在工（gōng）程實際中具有很強的實用型。
針（zhēn）對大（dà）、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異（yì）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（dá）到扶正與承壓的作用（yòng），並且方便製造、裝（zhuāng）配（pèi）維護（hù），節省成本。均已申請（qǐng）專 利。
永磁直驅礦（kuàng）用球（qiú）磨機 
