1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳（chuán）動鏈冗長、效（xiào）率低、機構複（fù）雜（zá）、運行維護工作量大等問題（tí）。
沈陽工業大（dà）學（xué）電機與控製技術研究（jiū）所與河南91视频网（xīn）機電設備有限公司聯合設計研發的球磨（mó）機、立磨（mó）機（jī）采用永磁直驅電機,通過（guò）將電動機與機（jī）械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間（jiān）環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減（jiǎn）速機，顯著提高了電（diàn）機的效率與功率因數（shù），具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係（xì）統免維護、自（zì）動化程度高等優點。
在控製方（fāng）麵,本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低（dī）了加工、製造、運輸（shū）等難（nán）度，還相當於把（bǎ）一個大（dà）功率（lǜ）電機做成了（le）多個小功（gōng）率（lǜ）電機。模塊化電機的控製技術（shù）可以實（shí）現降低大（dà）功率電機的輸入電壓（yā），但是不（bú）增加電機的輸入電流，電機不必采用高等（děng）級（jí）絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯（lián）合供電，這樣設計降低了電（diàn）機的供電電（diàn）壓和（hé）使（shǐ）用的變頻器容（róng）量，從而降低成本。每個模塊電機都具（jù）有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工（gōng）況時，完全（quán）可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本（běn）產品電機（jī）的定子采用了一種自主設（shè）計研發的（de）隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個（gè）相互存在間（jiān）隙（xì）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（fǒu）震（zhèn）動或偏心，定子塊始終（zhōng）跟隨（suí）轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構（gòu）。本產（chǎn）品（pǐn）通過（guò）機械結構設計保證定子與轉子（zǐ）間的間隙（xì）恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很（hěn）多，從而（ér）大幅降低電（diàn）機永磁體（tǐ）用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用（yòng）電（diàn）量。當（dāng）模塊發生故障時，直接（jiē）拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常（cháng）運行。使用本產品完全不會因電機發生故（gù）障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動（dòng）式永磁直驅電機概述
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。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛（shǐ），公路的起伏（fú）不影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定（dìng）子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動（dòng）等原因造成電機偏心、氣隙不均（jun1）勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終（zhōng）運行在性能（néng）狀態，不必停機檢修。同（tóng）時電機定子與轉（zhuǎn）子間的間隙也（yě）可以做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，並且因為隨動式結構，電機（jī）不會發生掃膛現象。
本產品電（diàn）機的定子為（wéi）隨動式結構,基於（yú）模塊化永磁（cí）直驅電機（jī），采用獨立的扇形（xíng）定子塊結構（gòu），其隨動原理是在定子塊的軸（zhóu）向兩側安裝滾輪且滾輪貼合（hé）滾筒來確定定子與（yǔ）轉子間的（de）間隙，定（dìng）子塊徑向外側設有與支撐框架（jià）相連的彈性（xìng）機構。彈性機構（gòu）在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾（gǔn）筒（tǒng）向上波動，轉筒會向上頂定子塊（kuài）上安裝的滾輪，進而帶動（dòng）定子塊向上移動，上方彈（dàn）性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性（xìng）機構將其向上頂，保證下（xià）方定子（zǐ）塊的滾輪依然貼合轉筒外（wài）表麵，使定子塊（kuài）跟隨轉筒波動而進行徑（jìng）向與圓周方向的移動，從而保（bǎo）證定子、轉（zhuǎn）子之間的間（jiān）隙不變。球磨機（jī）滾筒向下複位或繼續向下波動，則（zé）上方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其向下的吸（xī）引力的同時，彈（dàn）性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大小可調，對於不同位置的定子塊設置不同的（de）壓力,避免因彈性（xìng）裝置設置的壓力（lì）過大造成滾輪或轉筒（tǒng）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設計采用不同個數的隨動式定子塊構成（chéng）一台模塊電機，一台整圓（yuán）電機由（yóu）多台模塊電機構（gòu）成,多台模塊電（diàn）機共用同一個轉（zhuǎn）子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上（shàng）。相（xiàng）鄰隨（suí）動式（shì）定子塊間設有固定在支（zhī）撐框架上的擋板來對定子塊進（jìn）行圓周方向的限位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜接T型支撐（chēng）板,用於支撐（chēng）安裝電（diàn）機（jī）轉子鐵心及磁鋼。
本（běn）產品的隨（suí）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外殼、彈性機構、彈性機構與（yǔ）定子塊之間的連接杆、彈性機（jī）構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出（chū），進行檢修或更換（huàn）新的定子塊（kuài）。
3、采用本產品代替傳統（tǒng）磨機的電機（jī）驅動（dòng）係統的優點
現階（jiē）段大多數的球磨機仍采用三相（xiàng）感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結（jié）構進行驅動。永磁同步電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（jī）通過變頻器進行調速（sù），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（zhí）驅，取（qǔ）消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪（lún）的（de）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（zhí）驅係統的傳動效率不僅得（dé）到大幅提升，而且直（zhí）驅係統的故障率低，維護（hù）檢修方便，還避免（miǎn）了傳統設備因漏油（yóu）造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不（bú）僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當（dāng）於把（bǎ）一（yī）個大功率電機做成了多個小功率（lǜ）電機。模塊化電機的控製技術可以實（shí）現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的輸入電流，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（pín）器聯合供（gòng）電。這樣設計降低了電機的供電電壓和（hé）使用的變頻器容量，從而降低成本。球（qiú）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（jī）故障時，會導致電機合成磁動勢發（fā）生畸變，諧波含（hán）量（liàng）增加，平均轉矩下降（jiàng），轉矩波動顯著增加，無法繼續（xù）正常運行。而本產品進（jìn）行了模（mó）塊化設計，每個模塊電機（jī）都具有一套獨（dú）立的控製係統，大大（dà）提升（shēng）了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製（zhì）靈活的優勢，在發（fā）生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可（kě）正常運行。模塊化電機具有冗（rǒng）餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使用本產品（pǐn）完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機因加（jiā）工（gōng）誤（wù）差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形（xíng）變或重載產（chǎn）生（shēng）震動等因素會發生轉子偏（piān）心現象（xiàng），偏（piān）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（táng），而氣隙增大會導致永磁（cí）體用量增（zēng）加，提高電（diàn）機製造成本（běn）。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心（xīn）時保證定子與轉子之間的（de）間隙恒定，可（kě）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（gāi）隨動式（shì）定子結構在偏心時能（néng）繼續正常工作，檢修（xiū）次數更少（shǎo），工作時間更長，大體積球（qiú）磨機檢修複雜，降低檢修（xiū）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（cí）直（zhí）驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感（gǎn）應電機的優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況多樣性（xìng）
傳統立磨速度單一，工況（kuàng）適應能力差。遇到突（tū）發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應（yīng）速度慢。永磁（cí）同（tóng）步電機采用變頻（pín）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（dù）調節以快速適應係（xì）統工作環境，係統反應速度（dù）更快（kuài）。
(2）係統簡單（dān）,可靠性高
傳統（tǒng）係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保（bǎo）證在電機（jī）起動過程不對電（diàn）網造成過大的衝擊，需增（zēng）加軟起動裝置（zhì）。三相（xiàng）感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉（zhuǎn）矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔（fǔ）助設備（bèi）很多。直驅係統（tǒng）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（yào），無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結（jié）構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳（chuán）統係統先由（yóu）低速盤車係統起動（dòng），待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三（sān）相感應電機，係統（tǒng）運行（háng）。係統控製複雜（zá），低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相（xiàng）感應（yīng）電機起動條件。直驅（qū）係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起（qǐ）動過程可根據實際工況（kuàng）進行調整，以滿足（zú）各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無（wú）減速器，維護成本（běn）更（gèng）低,維護次數少（shǎo）
係統各（gè）構成單元均（jun1）需要時常檢查和定期維護，傳統（tǒng）係統（tǒng）構成單元多。同時立磨減速器結（jié）構複雜需要（yào）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（tǒng）維護。直（zhí）驅係統構（gòu）成單（dān）元簡單，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，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情況下進行（háng）係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯（xiǎn）
綜上采用直驅永（yǒng）磁電機（jī）取代傳（chuán）統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤（kūn）磨機直驅係（xì）統的優勢（shì）與球磨機（jī）直（zhí）驅係統相同（tóng），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（gòu）采用永磁直驅電機驅動,提高了（le）立磨（mó）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荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維（wéi）修，並（bìng）降低成本,在工程實（shí）際中具有（yǒu）很強的實用（yòng）型。
針對大、中（zhōng）、小型（xíng）不同尺寸的立（lì）磨，分別設計了三種（zhǒng）立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向（xiàng）載荷機構與不同的放置（zhì）位（wèi）置，均能達到扶正與承壓（yā）的（de）作用，並且方便製造、裝配維護（hù），節省（shěng）成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
