1、技術（shù）背景
傳統的球磨機、立磨機大（dà）都采用（yòng）三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動（dòng），導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長、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（jì）術研究所（suǒ）與（yǔ）河南全新機（jī）電設備有限公司聯合設計（jì）研發的球磨機、立（lì）磨機采用（yòng）永磁直驅電（diàn）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，能直接滿足荷載的需求，省去傳（chuán）統磨機的減速機，顯著提高了（le）電機的效率與功率因數，具（jù）有（yǒu）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（zài）控（kòng）製方麵（miàn）,本（běn）產品電機定（dìng）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（gè）大功率電機做成了多個（gè）小功率電機。模塊化電機的控製技（jì）術可以實（shí）現降低大功率電機的輸入（rù）電壓（yā），但是不增加（jiā）電機的輸入電流，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頻器聯合供電，這樣（yàng）設計降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量，從而降低（dī）成本。每個模（mó）塊電機（jī）都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控（kòng）製的（de）自由度（dù），球磨機運行在輕載工（gōng）況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
在結構（gòu）方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨動（dòng）式結構，將整圓的（de）定子分成若幹個相互（hù）存在間隙的小扇形塊，通過機（jī）械結構設計，確定了一種無（wú）論球磨機轉筒（tǒng）是否震動（dòng）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（héng）定的結構。本產品通過機械結構設計保證（zhèng）定（dìng）子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃（sǎo）膛（táng）現象，因此（cǐ）電機的氣隙（xì）可以設計的比普通永磁直驅電機（jī）的小很多，從（cóng）而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節（jiē）約稀土（tǔ）資（zī）源（yuán），節（jiē）能用電量（liàng）。當（dāng）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。使用本產品完全（quán）不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期。
2、球磨機專用隨（suí）動式永（yǒng）磁直驅電機概述
本產品的隨動式（shì）定（dìng）子（zǐ）結（jié）構構成一種（zhǒng）“小車結構”，滾筒就像公（gōng）路，定子塊就像（xiàng）汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路（lù）行駛（shǐ），公路的（de）起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏（piān）心浮（fú）動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙（xì）不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始（shǐ）終運行在性能狀（zhuàng）態，不必停機檢（jiǎn）修。同時電機定子（zǐ）與轉子間的間隙（xì）也可以做的更小，減少永磁體用量，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（dìng）子為隨（suí）動式結構,基於模塊化永（yǒng）磁（cí）直驅電機，采用獨立的扇形（xíng）定子塊結構，其隨動原理（lǐ）是在定子塊的軸向（xiàng）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，定子塊（kuài）徑向外側設有（yǒu）與支撐框架相連（lián）的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒（tǒng）不偏心時處於半壓縮狀（zhuàng）態,如果球磨機滾筒向上（shàng）波動（dòng），轉筒會向上頂定子塊上（shàng）安裝（zhuāng）的（de）滾（gǔn）輪，進而（ér）帶動定子塊向上移動，上方彈性機（jī）構（gòu）繼（jì）續壓縮（suō）;下方定子塊在受到永（yǒng）磁體對其向上的吸引力（lì）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（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、轉子之間的間隙不變。球磨機滾筒向下複位（wèi）或繼續向下波動，則（zé）上方定子（zǐ）塊在受到永磁體對其向下的吸引力的同時（shí），彈性機構將上方其向下壓,下方定子（zǐ）塊被轉筒（tǒng）向下壓。
本產品彈（dàn）性裝置的壓力（lì）大小可（kě）調，對（duì）於不同位置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過（guò）大造成（chéng）滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用模塊化（huà）控製，根據（jù）不（bú）同功率的電機設計采用不同個數的隨（suí）動式定（dìng）子塊構成一台（tái）模塊電機，一台整圓電機由多台模（mó）塊電機構成,多台模塊電機共用同一個轉子，模塊（kuài）電機包繞式安裝在球磨機（jī）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（bǎn）來對（duì）定子塊進行圓周方（fāng）向的限位。球磨（mó）機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用（yòng）於支撐安（ān）裝電機轉子鐵心及磁（cí）鋼。
本產品的隨動式定（dìng）子塊安裝拆卸十分（fèn）便捷，隻（zhī）需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼（ké）、彈性機構、彈性機構與定（dìng）子塊之間的連接杆、彈（dàn）性機構支撐架（jià），即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢（jiǎn）修或更換新的（de）定子塊。
3、采用本產（chǎn）品代（dài）替傳統磨（mó）機的電機驅（qū）動（dòng）係統的優點
現階段大多數的球磨機仍采用三相（xiàng）感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪（lún）結構（gòu）進行驅動。永磁同步電機與感應電機（jī）相比優勢是它（tā）有較高的效率和功率因（yīn）數，損耗大（dà）大降低，節約了能源。永磁電機通過（guò）變頻器進行調速，電機運（yùn）行（háng）平穩，係統響應速度快（kuài），感應電機則起動相（xiàng）對困（kùn）難。這些也是近年（nián）來永磁（cí）電機應用（yòng）越來越廣泛的（de）原因。
采用永磁（cí）直驅，取消（xiāo）了中間的減速（sù）機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈（liàn），直驅係統的傳動效率將（jiāng）提升至少20%。球磨（mó）機（jī）直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提（tí）升，而且直驅係統的（de）故障率（lǜ）低，維護檢修方便（biàn），還（hái）避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子（zǐ）采用了模塊（kuài）化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難（nán）度（dù），還相當於把一個大功率（lǜ）電機做成了多個（gè）小功率電機。模（mó）塊化（huà）電機的控製技（jì）術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（diàn）機不必采用高等級絕緣，模塊化（huà）電機采用多台小功率變頻器聯（lián）合供電。這樣設計降低了電機的供電（diàn）電壓和使用（yòng）的變頻（pín）器容量，從而降（jiàng）低成本。球磨（mó）機運行在輕載工況時,完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機驅動球磨（mó）機。
傳統電機故障時，會導（dǎo）致（zhì）電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加（jiā），平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊（kuài）化設（shè）計，每個模（mó）塊（kuài）電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結（jié）構和控製靈活的優勢，在發生故障時。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（kuài）化電機具有冗餘的模塊（kuài）數，也（yě）可切除（chú）故障子（zǐ）模塊而控製其餘正常子模塊降額運行。使（shǐ）用本產品完全不會（huì）因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工期。
球磨機因加（jiā）工誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變或重載產（chǎn）生震（zhèn）動等因素會發生轉子偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損（sǔn）壞電機，實際（jì）生產中常常通過增加氣隙大小來（lái）預防（fáng）掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結（jié）構的模塊電機（jī），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（jiǎn）修次數就是提高生產效率。
4、隨動式（shì）球磨（mó）機裝配示意圖
二、永磁直驅（qū）立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻調速控（kòng）製，實現（xiàn）負（fù）載工況多樣性
傳（chuán）統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突（tū）發事件，調整磨鞮高度來改變係統工作環（huán）境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應（yīng）工況能（néng）力強。遇（yù）到突發事件，除（chú）調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作環（huán）境，係統反（fǎn）應速度更快。
(2）係統（tǒng）簡單（dān）,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法在低速（sù）實現大轉矩輸出，需（xū）要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保（bǎo）證在（zài）電機起動過程不對電（diàn）網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝（zhuāng）置。三相感應電機起動後（hòu），通（tōng）過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構（gòu）成複雜，係統運行的輔助設（shè）備很多（duō）。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同（tóng）步電機起動，轉（zhuǎn）矩特性滿（mǎn）足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統（tǒng）少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設（shè）定
傳統（tǒng）係（xì）統先由低速（sù）盤車係統起動，待（dài）三相感應電機達到起動條件（jiàn）後，軟（ruǎn）起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法（fǎ）實現過載輸出。在（zài）低速過程需要盤（pán）車係統，將轉（zhuǎn）速提高到三相感應電機起動（dòng）條件。直驅係統直接（jiē）變頻低（dī）速起動，係統直接運行，係（xì）統控（kòng）製簡單。變頻控製起動過程可根據實（shí）際工況進行調整，以（yǐ）滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需（xū）要，取代盤車係（xì）統。
(4）無減速器，維護成本（běn）更低,維護次數少
係統各構成單（dān）元均需要時常（cháng）檢查和（hé）定期維護，傳統（tǒng）係統構成（chéng）單元多。同時（shí）立（lì）磨減速器結（jié）構複雜需要經常（cháng）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維護。直驅係（xì）統構成單元簡單，變頻器控製永（yǒng）磁同（tóng）步電機直接驅動，控製方便。係統（tǒng）內無減速器，無（wú）需額外進行維護，係統維（wéi）護成本低。同時，係統（tǒng）可實現在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（míng）顯
綜上采用直驅（qū）永磁電機（jī）取代傳統驅動係統（tǒng）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（yǔ）球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述（shù）。
2、永磁直驅（qū）立磨結（jié）構示意圖
本新型立磨結構采用永（yǒng）磁直驅電機驅動,提高了（le）立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破（pò），通過設計一種雙向載荷扇（shàn）形模塊機構替（tì）代大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降（jiàng）低成本（běn）,在工程實際中具有很強的（de）實（shí）用（yòng）型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計（jì）了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電（diàn）動機，永磁直驅電機具有雙向（xiàng）載（zǎi）荷機構與不同的（de）放置（zhì）位（wèi）置，均能達到扶正與（yǔ）承壓的作（zuò）用，並且方便製（zhì）造、裝配維護，節省成本（běn）。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
