1、技術背（bèi）景
傳統的球（qiú）磨機（jī）、立磨機大都（dōu）采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及（jí）齒輪（lún）結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存（cún）在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運（yùn）行維護（hù）工作量大等問題。
沈陽工業大學電機（jī）與控製技術（shù）研究所與河南全新機電設備有限（xiàn）公司聯合設計研發的球磨機、立磨機（jī）采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一（yī）體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統（tǒng）磨機的減速機，顯著提高了電機的效率與（yǔ）功率因數，具有節能、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（diǎn）。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模塊化（huà）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（dà）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（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸入電流，電機不必（bì）采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設計降低了電機（jī）的供（gòng）電電壓和使用的（de）變頻器容量，從而降低成（chéng）本。每個模塊（kuài）電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控（kòng）製的自由度，球磨機運（yùn）行在輕（qīng）載工況時，完全可以隻運行部分模塊電機（jī）驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子（zǐ）采用了一種自主設計研發的隨動式結構（gòu），將整圓（yuán）的定（dìng）子（zǐ）分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械（xiè）結構設計，確（què）定（dìng）了一（yī）種無論球磨（mó）機轉（zhuǎn）筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而（ér）保持（chí）定子與轉子間隙恒定的結（jié）構。本（běn）產品（pǐn）通過機械結構設計保證（zhèng）定子與轉子間的間隙恒定，電機不會（huì）發生掃（sǎo）膛現象（xiàng），因此電機的氣（qì）隙可以設計的比普（pǔ）通永磁直驅電機的小很多，從而（ér）大幅降低電機永磁體用量（liàng），降低生產成本，節約稀土資（zī）源，節能用電量（liàng）。當模塊（kuài）發生故障時，直接拆卸（xiè）故障電機，更換新的模塊電（diàn）機即可（kě）正常運行。使用本（běn）產品完全不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工（gōng）期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅（qū）電機（jī）概（gài）述
本產品的隨動式定子結（jié）構構成（chéng）一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像（xiàng）汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於（yú）汽車在（zài）公路（lù）行駛，公路的起伏不影響車輪與（yǔ）地麵貼合，即滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪（lún）貼合（hé）滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣（qì）隙不（bú）均勻時，仍能（néng）正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用（yòng）量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現（xiàn）象。
本產品電機的定子為隨（suí）動式結構,基於模（mó）塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定（dìng）子塊結構，其隨動（dòng）原（yuán）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（zhuǎn）子間的間隙，定（dìng）子塊徑向外側（cè）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心時處於半壓縮（suō）狀態,如果球磨機滾筒（tǒng）向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂定子塊上安（ān）裝的滾輪，進而帶動（dòng）定子（zǐ）塊向上移動，上方彈性機構繼（jì）續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其（qí）向上的吸引力的同時，定子塊上（shàng）的彈性機構將其向（xiàng）上頂，保證下方定子塊的滾輪（lún）依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行（háng）徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之（zhī）間的間隙不變。球磨機（jī）滾筒向下複位（wèi）或繼續向下（xià）波動，則上方定子塊在受到永（yǒng）磁體（tǐ）對其向（xiàng）下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下（xià）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設置不（bú）同的壓力,避免因彈（dàn）性裝置設置的壓力過大造（zào）成滾輪（lún）或（huò）轉筒磨損較快。
本（běn）產品將永磁（cí）電機采用模塊化控製，根（gēn）據不同功率的電機設計采用不同個數的隨動（dòng）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,多台模塊電機共用（yòng）同一個（gè）轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨（mó）機滾筒（tǒng）上。相鄰隨（suí）動式定子塊間設有固定在支撐框（kuàng）架上的擋板來對定子塊進行圓周（zhōu）方向的限位。球磨機滾筒的法（fǎ）蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷（jié），隻需（xū）要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、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（xīn）的定子塊。
3、采用本產品代替傳（chuán）統磨（mó）機的電（diàn）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（lián）軸器、減速裝置以及（jí）齒輪結構進行驅動（dòng）。永磁同步電機與感（gǎn）應（yīng）電機相比優勢是它（tā）有較高的效（xiào）率和功率因（yīn）數，損耗（hào）大大降低，節（jiē）約了能源（yuán）。永磁電機通過變頻器進行（háng）調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這（zhè）些也是近年來永磁電機應用越來越（yuè）廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中（zhōng）間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳（chuán）動環節，縮（suō）短（duǎn）係統的（de）傳動鏈，直驅係統的傳（chuán）動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升（shēng），而且直（zhí）驅係統的故障率低，維護（hù）檢修方便，還避免了（le）傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定（dìng）子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸（shū）等難度，還相當於把（bǎ）一個大功率電機做成了多個小功率電機。模塊化（huà）電機的控製（zhì）技術可以實現降低大功率（lǜ）電（diàn）機的（de）輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的（de）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（biàn）頻器聯合供電。這樣設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。球磨機（jī）運行在輕載工況時（shí）,完（wán）全可以隻運行部分模塊（kuài）電機（jī）驅動球磨（mó）機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動（dòng）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，無法繼續正常運行。而本產品（pǐn）進行了模塊（kuài）化設計，每個模塊電機都（dōu）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,可以利用其多電機結構和控製靈活的（de）優勢，在發生故障時（shí）。可以（yǐ）直接拆卸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（yǒu）冗餘（yú）的模塊（kuài）數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降（jiàng）額運行（háng）。使（shǐ）用本產品完全不會因電機發生（shēng）故障（zhàng）而影響到生（shēng）產工期。
球磨機（jī）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子偏心現象，偏心（xīn）嚴重（chóng）時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產（chǎn）中常常通過增加氣隙（xì）大小來預防掃膛，而（ér）氣隙增大會導致永磁體用（yòng）量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減（jiǎn）少（shǎo）永磁（cí）體用量（liàng），電機不會發（fā）生掃膛現象，同時（shí）因為該隨動式定子結構在偏心時能繼（jì）續正常工作，檢修次數更少（shǎo），工作時間更長，大體積球磨（mó）機檢修複雜（zá），降低檢修次數就是提高生產效率（lǜ）。
4、隨動式球磨機裝（zhuāng）配示意圖
二、永磁（cí）直（zhí）驅立磨技術（shù）
1、立磨直驅對（duì）比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速（sù）控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一（yī），工（gōng）況適（shì）應能力差。遇到突發事件，調（diào）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（bù）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（niǎn）高度外，還增加了速度調節以（yǐ）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
傳統係統因（yīn）三（sān）相感應電（diàn）機無法在（zài）低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低（dī）速起（qǐ）動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增（zēng）加軟起動（dòng）裝置。三（sān）相感應電機起動後，通過減速器（qì）滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係（xì）統運行的輔助設備很多。直驅係（xì）統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和（hé）減速器（qì），輔助（zhù）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起動，待三（sān）相感應電機達到起動條件後，軟起動（dòng）裝置起動三相（xiàng）感應電（diàn）機，係統運行。係統控製複（fù）雜，低速無法實現過載輸出。在低（dī）速過程需（xū）要盤車係統，將轉速提高（gāo）到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速（sù）起動（dòng），係統直接運行，係（xì）統控製簡單。變頻控製起（qǐ）動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各（gè）種工況的需求。低（dī）速可（kě）過載輸（shū）出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護（hù）成本更低,維護次數少
係統（tǒng）各構成單元均需要時常檢查和定期維（wéi）護，傳統係（xì）統構成單元多。同時（shí）立磨減速器結構複雜需要（yào）經常維護，維護成本費用高。同時係（xì）統無法實現在低速運行的情況下進行係統維護（hù）。直驅（qū）係統構成單元簡（jiǎn）單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係（xì）統（tǒng）維（wéi）護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行（háng）係統維護（hù）。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜（zōng）上采用直驅永磁電機取代傳統驅動（dòng）係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤（kūn）磨機直驅係統（tǒng）的優勢與球磨機直驅（qū）係統相（xiàng）同，這裏不再一—贅（zhuì）述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立磨（mó）結構采用永磁直（zhí）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（tū）破，通過設計一種雙（shuāng）向載荷扇形（xíng）模（mó）塊機構替代大直徑軸承，方（fāng）便加工、生產、運輸、裝配、維（wéi）修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針（zhēn）對大（dà）、中、小型（xíng）不同尺寸的立磨，分別設計了三（sān）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（cí）直（zhí）驅電機具有雙向載荷機（jī）構與不同的放置（zhì）位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成（chéng）本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
