1、技術背景
傳統的球磨機、立磨（mó）機大都采用（yòng）三相異步電動機（jī）、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存（cún）在機械（xiè）傳（chuán）動鏈冗長、效率低、機構複雜、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91视频网機電設備（bèi）有限公司聯合設（shè）計研發的球磨機（jī）、立磨機采用永磁直驅電機（jī）,通過將電動機與機械結構（gòu）進行機電一體（tǐ）化設（shè）計，取消動力傳（chuán）輸的中間環節（jiē），做成直驅（qū）方案，能直接滿足荷載的需求（qiú），省去傳統磨（mó）機（jī）的減速機，顯著提高了電機的效率與功率（lǜ）因數，具有節能、起動（dòng）轉矩（jǔ）大、過載能力強、係統免維護（hù）、自動化程度高等優點。
在（zài）控製方麵,本（běn）產品電機定子采用了模塊化（huà）設計，不僅降低（dī）了加工、製造（zào）、運（yùn）輸等難度，還相當於把一個大（dà）功率電機做成了多個小功（gōng）率電（diàn）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（rù）電壓（yā），但是不增加電機的輸入電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器（qì）聯合供電，這樣設（shè）計降低了（le）電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具有一套（tào）獨立的控製（zhì）係統（tǒng），大（dà）大提升了電機控製的（de）自由度，球磨機運行在輕載（zǎi）工（gōng）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，本產品電機的定子采用了一（yī）種自（zì）主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相（xiàng）互存在間隙的小扇形塊（kuài），通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本（běn）產（chǎn）品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間（jiān）隙恒定，電機不會發（fā）生掃（sǎo）膛現象（xiàng），因此（cǐ）電機的氣隙可以設計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，降低生（shēng）產成本，節（jiē）約（yuē）稀土（tǔ）資（zī）源，節（jiē）能用電量。當模塊（kuài）發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即（jí）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（qiú）磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產（chǎn）品的隨動（dòng）式定子（zǐ）結（jié）構構成一種“小車結構”，滾（gǔn）筒就像公路，定子塊就像汽（qì）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（xiǎng）車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏（piān）心浮動不影響滾輪貼（tiē）合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨（mó）機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電（diàn）機（jī）偏心、氣隙不均（jun1）勻時，仍能正常（cháng）運轉，保證磨機（jī）始終運（yùn）行在性能狀態，不必停機檢（jiǎn）修。同時電（diàn）機（jī）定子與轉子間的間隙也可以做的（de）更小，減（jiǎn）少永磁體用量（liàng），並且因為隨動式結構，電機（jī）不會（huì）發生掃膛現象（xiàng）。
本產（chǎn）品電（diàn）機的定子（zǐ）為隨動式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的（de）間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相（xiàng）連的彈性機（jī）構。彈性機構在球磨（mó）機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果（guǒ）球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊（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磁體對其向上（shàng）的吸引力的同時，定子塊上的彈性（xìng）機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外（wài）表麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周（zhōu）方向的移動，從而保（bǎo）證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向（xiàng）下複位或繼（jì）續向下波動，則上方定子（zǐ）塊在受到永（yǒng）磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機構將上方其向下壓（yā）,下方定子（zǐ）塊被轉筒向（xiàng）下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不（bú）同位（wèi）置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設（shè）置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將（jiāng）永磁電機采用模塊化控製，根據（jù）不同功率的電機設計采用不（bú）同個數（shù）的隨動式定子塊構成（chéng）一台模塊電機，一台整圓（yuán）電機由多台模塊電（diàn）機構成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒（tǒng）上（shàng）。相（xiàng）鄰（lín）隨動式定子塊間設有固（gù）定在支撐框架上的擋板來（lái）對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭（lán）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（dòng）式定子塊安裝拆（chāi）卸十分便捷，隻需要沿球（qiú）磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間（jiān）的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出（chū），進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用（yòng）本產（chǎn）品代（dài）替傳統磨（mó）機的電機驅動係統的優點
現（xiàn）階段（duàn）大多數的球磨機仍采用三相感應電動（dòng）機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永（yǒng）磁（cí）同步電（diàn）機與感（gǎn）應電機相比優勢是它有較（jiào）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進（jìn）行調速，電機運行平（píng）穩，係統響應速度快，感應電機則起動相對困難。這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（de）減速機、聯軸器、及齒（chǐ）輪（lún）的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係（xì）統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅（qū）係統的故障率低，維（wéi）護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造（zào）成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製（zhì）造，運輸等難度，還相（xiàng）當於把一個大（dà）功率電機做成了（le）多個小功率電機。模塊化（huà）電機的控製技術（shù）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，電機不必采用高等級（jí）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（de）供電電壓和使用的變頻（pín）器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運（yùn）行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障（zhàng）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，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常（cháng）運行。而本產品進行了模塊化設計（jì），每個模塊電機都具有一套（tào）獨立的控（kòng）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（jié）構和控（kòng）製靈活的優勢，在發（fā）生故障時。可以直（zhí）接拆卸故障電機（jī）更換（huàn）新的模塊電（diàn）機即（jí）可正常運行。模塊化電機具有（yǒu）冗餘（yú）的模（mó）塊數，也可切除故障子（zǐ）模塊而控製其餘正常子模塊降額（é）運行。使（shǐ）用本產品完全不會因電機發生故障而影響（xiǎng）到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏（piān）心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生（shēng）產中常常通（tōng）過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增（zēng）大（dà）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（jié）構的模（mó）塊電機，能在轉筒偏心（xīn）時保證定子與轉子之間的間隙（xì）恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，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（cì）數更少，工作時間（jiān）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、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁（cí）直驅立磨技術
1、立磨直（zhí）驅對比於傳統感應（yīng）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，工況適應能（néng）力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環（huán）境，係統反應速度慢。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，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以（yǐ）快速適應係（xì）統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係統（tǒng）簡單,可靠性高
傳統（tǒng）係統因三相感應電機無法在低速實（shí）現大（dà）轉矩輸（shū）出，需要（yào）額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為（wéi）保（bǎo）證在電機起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟（ruǎn）起動裝（zhuāng）置。三相感（gǎn）應電機起動後，通過減速（sù）器（qì）滿足係統轉（zhuǎn）矩需要，整個（gè）係統構成複雜，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（qǐ）動，轉矩（jǔ）特性（xìng）滿足需要，無（wú）需盤車係統和減速（sù）器，輔（fǔ）助係統少，結構（gòu）簡單。
(3）變（biàn）頻器軟起動，起動（dòng）過程隨意設定（dìng）
傳統係統先（xiān）由低速盤車係統起動，待（dài）三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝（zhuāng）置起動三（sān）相感應電（diàn）機，係統（tǒng）運行。係統控製複雜，低速無（wú）法實現過載（zǎi）輸出。在低速過程需要盤車係統，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起動，係統直接運行，係統（tǒng）控製簡單。變頻控（kòng）製起動過（guò）程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要（yào），取代盤（pán）車（chē）係統。
(4）無減（jiǎn）速器，維護成本更低,維（wéi）護次數少（shǎo）
係統各構成單元均需要時常檢查和定期（qī）維護，傳統係統（tǒng）構成單元多。同時立磨減速（sù）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（dòng），控製方便。係統內無減速器，無需額外進行維護（hù），係統維護成本低。同時，係統（tǒng）可（kě）實現在電機低速運行情（qíng）況下（xià）進行係統維（wéi）護。
(5）傳動效率高,節（jiē）能（néng）效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年（nián）節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機（jī）直驅係統的優（yōu）勢與球磨機直驅係統（tǒng）相同，這裏不再（zài）一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構（gòu）示意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動（dòng）,提高了立磨效率（lǜ）。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進（jìn）行突破，通過設（shè）計一種（zhǒng）雙向載（zǎi）荷扇形模塊機構替代大直徑軸（zhóu）承，方便加工、生產（chǎn）、運輸、裝配、維（wéi）修（xiū），並降低成本,在工程實際中（zhōng）具有很強的實（shí）用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立（lì）磨專用永磁電機，代（dài）替傳統的減速機與（yǔ）三相（xiàng）異步電動機，永磁直驅電機具有雙向（xiàng）載荷機構與不同的（de）放置位（wèi）置，均（jun1）能達（dá）到扶正與承壓的作（zuò）用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
