1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用（yòng）三相（xiàng）異步電動機、聯軸器、減速裝置以（yǐ）及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在（zài）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（yè）大學電機與控製技術研究所與（yǔ）河南日本一二三区视频在线機電設備有（yǒu）限公司聯（lián）合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿（mǎn）足荷載的（de）需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的（de）效率與功（gōng）率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化（huà）程（chéng）度高（gāo）等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模（mó）塊化設計，不僅降（jiàng）低了加工、製造（zào）、運輸等難（nán）度，還（hái）相當於（yú）把一個大功率電機做成了（le）多（duō）個小功（gōng）率電機。模塊（kuài）化（huà）電機的控製技術（shù）可以實現降低大功率電（diàn）機的輸入電壓，但（dàn）是（shì）不增加電機的輸（shū）入電流（liú），電機不必采用高等級絕緣。模（mó）塊化（huà）電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣（yàng）設計（jì）降低了電機的供電（diàn）電壓和使用的變頻器容量，從而降（jiàng）低成本。每個模塊電機（jī）都具有一套（tào）獨立的控（kòng）製係統，大大提升了電（diàn）機（jī）控製（zhì）的自由度，球磨機運行（háng）在輕載工況時，完全可以隻運行（háng）部分模塊電機驅動球磨機。
在結（jié）構方麵，本產品（pǐn）電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子（zǐ）分成若幹個相互存在間隙的小扇形（xíng）塊，通過（guò）機（jī）械結構（gòu）設計，確定了一種無論球磨機（jī）轉筒是否震動或偏心，定子塊始（shǐ）終跟隨轉筒運動從（cóng）而保持定子與轉子間隙恒（héng）定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子（zǐ）與轉子間的間（jiān）隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普（pǔ）通永磁直驅電機（jī）的小很多，從而大幅降低電機永磁（cí）體用量，降（jiàng）低生產成本，節約稀（xī）土資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產（chǎn）品完全不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期。
2、球（qiú）磨機專用隨動式永（yǒng）磁直驅電機概述
本產品的隨（suí）動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子（zǐ）塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在公路行（háng）駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏心浮動不（bú）影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙（xì）恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損（sǔn）、滾筒形（xíng）變、重載（zǎi）震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，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，減少永磁體用量，並且因（yīn）為隨動式結構（gòu），電機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定（dìng）子為（wéi）隨動（dòng）式結構,基於模塊化永（yǒng）磁（cí）直驅電（diàn）機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動（dòng）原理（lǐ）是在定子（zǐ）塊的軸向兩側（cè）安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定（dìng）子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈（dàn）性機構在球磨機滾筒不偏心時處於（yú）半壓縮狀（zhuàng）態,如果球磨機滾筒向（xiàng）上（shàng）波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上（shàng）移動，上方彈性（xìng）機構繼續壓縮;下方定子塊在受到（dào）永磁（cí）體對（duì）其向（xiàng）上的吸引力的同時，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然貼合轉筒外表（biǎo）麵，使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑向與圓周方向（xiàng）的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球（qiú）磨機滾筒向（xiàng）下複（fù）位（wèi）或繼續向下波動，則上方（fāng）定子塊在受到永磁體對其（qí）向（xiàng）下的吸（xī）引力的同時，彈性機構將上方其向下壓（yā）,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（tóng）位置的（de）定子塊（kuài）設置不同的壓（yā）力,避免因彈（dàn）性裝（zhuāng）置設置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設（shè）計（jì）采用不同個數（shù）的隨動式定子塊構成（chéng）一（yī）台模塊電機，一台整圓電機（jī）由多台模塊電機構成,多台（tái）模塊電機（jī）共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。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行圓周方向的限位。球磨機滾（gǔn）筒的法蘭處銜接T型支（zhī）撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本（běn）產品的隨動（dòng）式定子塊安裝拆（chāi）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（gòu）、彈性機構與定子塊之間（jiān）的連（lián）接杆（gǎn）、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿（yán）徑向（xiàng）拉出，進行檢修或更（gèng）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（yōu）點
現階段大多數的球磨機仍采用（yòng）三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅（qū）動。永磁同步（bù）電機與感應電機相（xiàng）比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約（yuē）了能源。永磁電機通過變頻（pín）器進行調速，電機運行平穩（wěn），係統響應（yīng）速度快，感應電機則起動相對困難。這些也（yě）是近年（nián）來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁（cí）直驅（qū），取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳（chuán）動鏈，直驅係統的傳（chuán）動效率將提升（shēng）至少20%。球磨機直驅係統（tǒng）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，還避免了傳統設備因漏油造成環（huán）境汙染（rǎn）。
由於本（běn）產品電（diàn）機定子采用了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加工，製造，運輸等難度，還（hái）相當於把一個大功率電機做成（chéng）了多（duō）個小功率（lǜ）電機。模塊（kuài）化電機（jī）的控（kòng）製技術可以實現降低大功率電機的輸（shū）入電壓，但是不（bú）增加電機（jī）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（biàn）頻器聯合供電。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（chéng）本。球（qiú）磨（mó）機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機驅（qū）動球磨機。
傳（chuán）統（tǒng）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（jiā），無法繼續正（zhèng）常運（yùn）行。而本（běn）產品（pǐn）進行了模塊化設計，每個模塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統（tǒng），大大提升了電機控製的自由度（dù）,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。可（kě）以直接（jiē）拆卸故障電（diàn）機更換新的模塊電機即可正常運（yùn）行（háng）。模塊（kuài）化電機具有冗餘（yú）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。使用本產品完全不會因電（diàn）機發生故障而影響到生（shēng）產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變（biàn）或重載產生震動等因素（sù）會（huì）發（fā）生（shēng）轉子偏心現象，偏（piān）心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電（diàn）機，實（shí）際（jì）生（shēng）產中（zhōng）常（cháng）常通過增加氣隙大小來預防掃（sǎo）膛，而（ér）氣隙增大會導致永磁體用量增（zēng）加，提高電機（jī）製造成本。隨動式定子（zǐ）結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子（zǐ）與轉子（zǐ）之間的（de）間隙恒定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用（yòng）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（dī）檢修次（cì）數就是提高生產效率。
4、隨動（dòng）式球（qiú）磨機裝配示意圖
二、永磁（cí）直驅立磨技術
1、立磨直驅（qū）對比於傳統感應電機的優（yōu）點( 1）變頻調速控製，實現負載（zǎi）工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差（chà）。遇到（dào）突發事件，調整磨鞮（dī）高度來改變係統工作環境，係（xì）統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調（diào）速，適應（yīng）工況能力強。遇到突發事件，除調整（zhěng）磨輾高（gāo）度外，還增加了速（sù）度調節以快速適應（yīng）係統工作環境，係統反（fǎn）應（yīng）速度更（gèng）快。
(2）係（xì）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，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動過程（chéng）不對電網造成過大的衝擊（jī），需增加軟起（qǐ）動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統（tǒng）轉矩需要（yào），整個係統構成複雜，係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（cí）同步電機起（qǐ）動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡（jiǎn）單。
(3）變頻器軟（ruǎn）起動，起動過程隨意設定
傳統係統先由（yóu）低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係（xì）統運行。係統（tǒng）控製複雜（zá），低速無法實現過載輸出。在（zài）低速過程需要盤（pán）車係統，將轉速提高到三相感應（yīng）電機（jī）起動條件。直驅係統（tǒng）直接變頻（pín）低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變（biàn）頻控（kòng）製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿（mǎn）足（zú）各種工況的需求（qiú）。低速（sù）可過（guò）載輸出，滿足起動需要，取代盤車（chē）係統。
(4）無減速（sù）器，維護成本（běn）更低,維護次數少
係（xì）統各構成單元均需要時常檢查和定期維（wéi）護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需（xū）要經（jīng）常（cháng）維護，維護成本（běn）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。直驅係統構成單元簡單，變（biàn）頻器（qì）控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係統內無減（jiǎn）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（zài）電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅（qū）永磁電機取代傳統（tǒng）驅動係統年節電（diàn）量達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與（yǔ）球磨機直驅係統相（xiàng）同，這裏（lǐ）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永磁直驅電機（jī）驅動,提高了立（lì）磨效率。在立磨扶正軸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（gòu）替代大直徑軸承（chéng），方便加（jiā）工、生產、運輸（shū）、裝配、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同（tóng）尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專（zhuān）用（yòng）永磁電（diàn）機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁（cí）直驅電機具有雙向載（zǎi）荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省（shěng）成本。均已申請專 利。
永磁直驅（qū）礦用球磨機 
