1、技術背景
傳統（tǒng）的球磨機、立磨機大都采用三（sān）相異步電動機、聯（lián）軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球（qiú）磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機（jī）構複（fù）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（qū）電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設（shè）計，取消動力傳輸的中間（jiān）環節（jiē），做成直驅方案（àn），能直接（jiē）滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高（gāo）了電（diàn）機的效率與功率因（yīn）數，具有節能、起動轉矩大、過載（zǎi）能力強、係統免維護、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化設（shè）計，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多個小功率電機。模（mó）塊（kuài）化（huà）電機的控製技術可以（yǐ）實現（xiàn）降低大功率電（diàn）機的（de）輸（shū）入電壓，但是不增加電機的輸入（rù）電流（liú），電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量，從而降低（dī）成本。每個模塊（kuài）電機都具有（yǒu）一套獨立的控製係統，大大提升了（le）電機控（kòng）製的自由度，球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磨機。
在結構方（fāng）麵，本產品電機（jī）的定（dìng）子采用了一種自（zì）主設計研發的（de）隨動式結構（gòu），將整圓的定子（zǐ）分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設（shè）計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊（kuài）始終跟隨轉筒運動（dòng）從而保持定子與轉子間（jiān）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（fā）生掃（sǎo）膛現（xiàn）象，因此電（diàn）機的氣隙可以設計（jì）的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（liàng），降（jiàng）低生產成本，節約稀土資源，節能用電量（liàng）。當模塊發生故障時，直接（jiē）拆卸故障電機，更換新的（de）模塊電機即可正常運行。使用本產品完（wán）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（shì）永磁直驅電機概述
本產品的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路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影（yǐng）響滾輪（lún）貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形變（biàn）、重載（zǎi）震（zhèn）動等原因造成電機偏心、氣隙（xì）不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在性能（néng）狀態（tài），不必（bì）停機檢修。同時電機定（dìng）子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構（gòu）,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇（shàn）形定子塊（kuài）結構，其隨動原理是在定子塊的軸向（xiàng）兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來（lái）確定定子與轉（zhuǎn）子間的間隙，定（dìng）子塊徑（jìng）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不偏（piān）心時處於（yú）半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上（shàng）安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上（shàng）移動，上方彈性機構繼續（xù）壓縮;下方定子（zǐ）塊（kuài）在受到（dào）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（dǐng），保證下方（fāng）定子塊（kuài）的滾輪依（yī）然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波（bō）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。球磨機滾筒向下複位或繼（jì）續向（xiàng）下波動，則上方定（dìng）子塊在受到永磁體（tǐ）對其向（xiàng）下的吸（xī）引力的同時，彈性機（jī）構（gòu）將上方其向下壓（yā）,下方定子塊被轉（zhuǎn）筒向下壓。
本產（chǎn）品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同位置的定（dìng）子塊設置不同的壓力,避（bì）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控製，根據不同功率的電機（jī）設計采用（yòng）不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一（yī）台整圓電機由多台（tái）模（mó）塊電機構成,多台模塊電（diàn）機共用（yòng）同一個轉子（zǐ），模塊電機包繞式安裝在球磨機（jī）滾筒上。相（xiàng）鄰隨動式定子（zǐ）塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜接T型支撐板,用於支（zhī）撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封（fēng）外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之（zhī）間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將（jiāng）定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定（dìng）子塊。
3、采用本產品（pǐn）代替傳統磨機的電機驅動係統的優點（diǎn）
現階段大多數的球磨機仍采用三相（xiàng）感應電（diàn）動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動（dòng）。永磁同步電（diàn）機與感應電機（jī）相比優（yōu）勢（shì）是它有較高的效率和功率（lǜ）因數，損耗大大降低，節（jiē）約了能源。永磁電機通過變（biàn）頻器（qì）進行調速，電機運行平穩，係統響應（yīng）速度快，感應電機則起動相對困難。這些也是（shì）近年來永磁電機應用越來越廣泛的原（yuán）因。
采（cǎi）用永（yǒng）磁直驅（qū），取消（xiāo）了中間的減速機（jī）、聯軸（zhóu）器、及齒輪的傳動環（huán）節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至（zhì）少20%。球磨機直驅（qū）係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障（zhàng）率低，維護檢修方便（biàn），還避免了傳（chuán）統設備因（yīn）漏油造成環境汙染（rǎn）。
由於本產品電機定子采用（yòng）了模（mó）塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個（gè）大功率（lǜ）電機做成（chéng）了多個小功率（lǜ）電（diàn）機。模塊化電機的控製技術（shù）可以實現降低大功率電機的（de）輸入電壓，但（dàn）是（shì）不（bú）增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊（kuài）化電機采用多台小功率變頻器聯（lián）合供（gòng）電。這樣設（shè）計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本（běn）。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分（fèn）模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉（zhuǎn）矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了（le）模塊化設計，每個模塊（kuài）電（diàn）機都具有一套獨立（lì）的控製係統，大大提升了電機控製的自（zì）由度（dù）,可（kě）以利用（yòng）其多電機結構和控製靈（líng）活的優（yōu）勢，在發生故障時。可以直接拆（chāi）卸故障電機更（gèng）換新（xīn）的模塊電機即可正常運行。模塊（kuài）化（huà）電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模（mó）塊而控（kòng）製（zhì）其餘（yú）正常子模塊降額運行。使用本產品（pǐn）完全不會（huì）因電機發生故障（zhàng）而影響到生產工期。
球磨機因加（jiā）工（gōng）誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等（děng）因素會發生轉（zhuǎn）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（zhōng）常常（cháng）通（tōng）過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會（huì）導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能（néng）在轉筒偏心（xīn）時（shí）保證（zhèng）定子與轉子（zǐ）之間的（de）間（jiān）隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，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（xīn）時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機（jī）裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨（mó）直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調（diào）速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度（dù）單一，工況適（shì）應能力差。遇到突發事件（jiàn），調整磨鞮高度來改變（biàn）係統工作環境，係（xì）統反應速度慢。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（chú）調整磨輾高度外（wài），還增加了速度調節以快速適（shì）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（chuán）統係統因三（sān）相感應電（diàn）機無（wú）法在低速實現大轉矩輸（shū）出，需（xū）要額（é）外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動（dòng）過程不對電網（wǎng）造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速（sù）器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助（zhù）設備很多。直驅係（xì）統由變頻控製係統控製（zhì）永磁同（tóng）步電機起動，轉矩特性滿足需要，無（wú）需盤車係統（tǒng）和減速器，輔助係統少，結構（gòu）簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設（shè）定（dìng）
傳（chuán）統係統先（xiān）由低速盤車係統起動，待三（sān）相感應電機達到起動條件（jiàn）後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速（sù）過程需要（yào）盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起（qǐ）動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控（kòng）製簡單。變（biàn）頻控製起（qǐ）動過程可根據實際工況進行（háng）調整，以滿足各種工況（kuàng）的需求。低速可過（guò）載輸出，滿足起（qǐ）動需（xū）要（yào），取代盤車係統。
(4）無減速器，維（wéi）護成本更低,維（wéi）護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查（chá）和定期維護，傳統係統構成單元多（duō）。同時立磨減速器結構複雜需要經常維（wéi）護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況（kuàng）下進行係統維（wéi）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（xì）統內（nèi）無減速器，無（wú）需額外進行維護，係統維護成本低。同時（shí），係統可實現在電機低速運行情況（kuàng）下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代（dài）傳（chuán）統驅動係統年節電量達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（xiàng）同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意（yì）圖（tú）
本新型立（lì）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（fú）正軸承與壓力（lì）軸承（chéng）上進行突破，通過設（shè）計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸（shū）、裝配、維修，並降（jiàng）低成本,在工程實際中（zhōng）具有很強（qiáng）的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸（cùn）的（de）立磨（mó），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步電動機，永磁直驅電（diàn）機具有雙向（xiàng）載（zǎi）荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並（bìng）且方便製造、裝配維護，節省成本。均（jun1）已申請專 利。
永磁直（zhí）驅（qū）礦用球磨機 
