1、技術（shù）背景
傳統的球磨機、立（lì）磨機大都采（cǎi）用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進（jìn）行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機（jī）械傳（chuán）動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工作量大（dà）等問題。
沈陽工業大學電機與控製技（jì）術研究所與河南全新機電設備有限公（gōng）司聯合設計研發（fā）的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通（tōng）過將電（diàn）動（dòng）機與機械結構進行機電一體化設計，取消動（dòng）力傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的（de）需求，省去傳統磨機的（de）減速機，顯（xiǎn）著提高了電機的（de）效率（lǜ）與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強（qiáng）、係統免維護、自動化程度高等優點（diǎn）。
在控製方麵,本產品（pǐn）電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造（zào）、運輸等難度，還相當於把一個大（dà）功（gōng）率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控（kòng）製技術可以（yǐ）實現降低大功率電（diàn）機的輸入電壓，但是不增加電（diàn）機的輸入電流（liú），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（liàng），從而降低成本。每個模塊電機（jī）都具有一套獨立的控製係統，大大提升了（le）電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機驅動（dòng）球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一（yī）種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形（xíng）塊，通過機械結構設計（jì），確（què）定（dìng）了一種無論球磨（mó）機轉筒是否（fǒu）震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉（zhuǎn）子（zǐ）間隙恒（héng）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（diàn）機不會發生掃膛現（xiàn）象，因此電（diàn）機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機（jī）的（de）小很多，從而大（dà）幅降低（dī）電機永磁體用量，降低生產成（chéng）本，節約稀土（tǔ）資源，節能用電量。當模塊發生故障時，直接拆卸故障電機，更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。使（shǐ）用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒就（jiù）像（xiàng）公路，定子塊（kuài）就像汽車。滾輪貼合滾（gǔn）筒旋轉相（xiàng）當於汽車（chē）在公路行駛，公路的起伏（fú）不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏（piān）心（xīn）浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉（zhuǎn）子間隙（xì）恒定，在球磨機因裝配誤（wù）差、軸承磨（mó）損、滾筒形（xíng）變、重載震動等（děng）原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍（réng）能正常運轉，保證磨機始（shǐ）終運行在性能狀態，不必停（tíng）機檢修。同時電機定（dìng）子與轉子間的間隙也（yě）可（kě）以做的（de）更小，減（jiǎn）少永磁體用量，並且因為隨動式結構，電機不會發生掃（sǎo）膛現象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於（yú）模塊化永磁直（zhí）驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其（qí）隨（suí）動原理（lǐ）是在定子塊的軸（zhóu）向兩側（cè）安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子與轉子間的間隙（xì），定子塊徑向外側設有與（yǔ）支撐框架（jià）相連（lián）的彈性機構。彈（dàn）性機（jī）構在球磨（mó）機滾筒不（bú）偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾（gǔn）筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定（dìng）子塊向上（shàng）移（yí）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，定子塊上的彈性機構將其向上頂，保證下方（fāng）定子塊的滾輪（lún）依然貼合（hé）轉筒外表麵，使定（dìng）子塊跟隨（suí）轉筒波動而進（jìn）行徑向與圓（yuán）周（zhōu）方向的移動，從而保證定子（zǐ）、轉子（zǐ）之（zhī）間的間隙不（bú）變。球磨（mó）機滾（gǔn）筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到（dào）永磁體對其向下的吸引力的同時，彈性機（jī）構將上方其向下壓,下方定（dìng）子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的（de）壓力大（dà）小（xiǎo）可調，對於不同位置的定子塊設（shè）置不同的壓力,避免因彈性裝置（zhì）設置的壓力過大造成滾（gǔn）輪或轉筒磨損（sǔn）較快。
本（běn）產品將永磁電機采用模塊化（huà）控製（zhì），根據不同（tóng）功率的電機設（shè）計采用不同個數的隨動式定子塊構成（chéng）一台（tái）模塊（kuài）電機，一台整圓電機由多台模塊電機（jī）構成（chéng）,多台模塊電機共用（yòng）同一個轉子，模塊電機包（bāo）繞式安（ān）裝在球磨機滾筒上。相鄰（lín）隨動式定子塊（kuài）間設有固定在支撐框架上（shàng）的擋板來對定子塊進行圓（yuán）周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭（lán）處銜接T型（xíng）支撐板,用於支撐安裝電（diàn）機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝（zhuāng）拆卸十分便捷（jié），隻需要沿球磨機的徑（jìng）向依次拆卸密封（fēng）外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間（jiān）的連接杆、彈性（xìng）機構（gòu）支撐架，即可將定子塊（kuài）沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多數（shù）的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以（yǐ）及齒輪結構進行（háng）驅動。永（yǒng）磁同步電機（jī）與感應電機相比優勢（shì）是（shì）它有較高的效率和（hé）功率因數（shù），損耗大大降低，節約（yuē）了能（néng）源。永磁電（diàn）機通過變頻器進行調速，電機運（yùn）行平穩，係統（tǒng）響應速度快，感應電機則（zé）起動相對困（kùn）難。這些也是近年來永磁電機應用越來（lái）越廣泛的原因。
采用（yòng）永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器（qì）、及齒輪（lún）的傳（chuán）動（dòng）環節，縮短（duǎn）係（xì）統的傳動鏈，直驅係統的（de）傳動（dòng）效（xiào）率將提升至少20%。球磨機直驅（qū）係統的傳動效率（lǜ）不僅（jǐn）得到大幅提升，而且直驅係統的故（gù）障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染（rǎn）。
由於本產品電機（jī）定子采用了模塊化設計，不（bú）僅降（jiàng）低了加工，製造，運輸等（děng）難度，還相當於把一個大功率（lǜ）電機做成了多個小功率電（diàn）機。模塊化電機的控製技術可（kě）以實現（xiàn）降低大功率電機的（de）輸入（rù）電壓，但是不增（zēng）加電機的（de）輸（shū）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器聯（lián）合供電（diàn）。這樣設計降低了電機的供電電壓（yā）和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨（mó）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（diàn）機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波（bō）含（hán）量增加，平均轉矩下降，轉矩波動（dòng）顯（xiǎn）著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都（dōu）具有（yǒu）一（yī）套獨立的控（kòng）製係統，大大提升了（le）電機控製的自由度（dù）,可以利用其多電機結（jié）構和控製靈活（huó）的優勢，在發（fā）生故障時。可以直接拆（chāi）卸故障（zhàng）電機更換（huàn）新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘的模（mó）塊數，也可切（qiē）除故障子（zǐ）模塊（kuài）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（xiǎng）到生產工（gōng）期。
球磨機因加（jiā）工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重（chóng）載產生震（zhèn）動等因（yīn）素會發生轉子偏（piān）心現象，偏（piān）心嚴重時還會造（zào）成電機（jī）掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產中常（cháng）常通（tōng）過增加（jiā）氣隙大小來預防掃膛，而氣（qì）隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定（dìng）子結構的模塊電機，能（néng）在轉筒偏心時保證定子與轉（zhuǎn）子之間的間隙恒定，可將氣隙做的更小，減（jiǎn）少永磁體用量，電機不會發生（shēng）掃膛（táng）現象，同時因（yīn）為該隨動式定子（zǐ）結構在偏（piān）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（èr）、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比（bǐ）於傳統感（gǎn）應電機的優點( 1）變頻調速（sù）控製，實現（xiàn）負載工（gōng）況多樣性
傳統立（lì）磨速度單一，工況適（shì）應能力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用（yòng）變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調（diào）整磨輾高度外，還增（zēng）加了速度調節以快速適應係統工作環境（jìng），係統反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性（xìng）高（gāo）
傳統（tǒng）係統因三相感應電（diàn）機無法在低速實現大轉矩輸出，需要（yào）額外的盤車係（xì）統滿足立（lì）磨的低速起動。為保證在電機起動過程不對電網造成過大的（de）衝（chōng）擊（jī），需增加軟起動（dòng）裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿（mǎn）足係統（tǒng）轉矩需要，整個係統構成複雜，係統（tǒng）運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係（xì）統控製永（yǒng）磁同步電機起動，轉矩特性（xìng）滿足需（xū）要，無（wú）需盤車係統（tǒng）和減（jiǎn）速器，輔助係（xì）統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動（dòng），起動過程隨意設（shè）定
傳統係（xì）統先由低（dī）速盤車係統起動，待三相感應（yīng）電機達到起動條件後，軟起動裝置起（qǐ）動三相（xiàng）感應電機，係統運（yùn）行。係（xì）統控製複雜（zá），低速無（wú）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（jī）起動條件。直驅係（xì）統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統（tǒng）控製簡單（dān）。變頻控製起動過程可（kě）根據實際工況進行調整，以滿足各種（zhǒng）工況的需求。低速可過載（zǎi）輸出，滿足起動需要（yào），取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本（běn）更低,維護（hù）次（cì）數少
係統各構（gòu）成單（dān）元（yuán）均（jun1）需要時常檢查和定期維護，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護，維護成本費用高。同時係統無法實（shí）現在低速運行的情（qíng）況下進行係統維護。直驅係統構（gòu）成（chéng）單元簡單，變頻器控製永磁同步（bù）電機直（zhí）接驅動，控製方便。係統內無減速器，無需額（é）外進行維護，係統維護成本低。同時（shí），係統（tǒng）可實（shí）現在電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效（xiào）率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳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（qiú）磨機直驅係統相同，這裏不再一（yī）—贅述。
2、永（yǒng）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驅動,提高了（le）立（lì）磨（mó）效率（lǜ）。在立磨扶正軸承與（yǔ）壓力軸承（chéng）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、維修，並降低成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針（zhēn）對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專（zhuān）用永磁電機，代替傳統的減速機與（yǔ）三相異步電動機（jī），永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承（chéng）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（yǒng）磁（cí）直驅礦用球磨機 
