1、技（jì）術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用（yòng）三相異步電動機、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結（jié）構進行驅動，導致球（qiú）磨機的傳動（dòng）係統存在機械（xiè）傳動鏈冗長、效（xiào）率低、機構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈陽工（gōng）業大學電（diàn）機與控製技術研究所與河南（nán）全新機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機（jī）,通過將電動機與機械結（jié）構進行機（jī）電一（yī）體化設計，取（qǔ）消動力（lì）傳輸的中間環節，做成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高（gāo）了電機的效率（lǜ）與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能（néng）力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用了模（mó）塊化設計，不僅降低了加工、製造、運輸等難度，還相（xiàng）當於把（bǎ）一個大功率電（diàn）機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控製技術可以實現降低大功率電機的（de）輸入電壓，但是不增（zēng）加電（diàn）機的輸入電流，電機不必（bì）采用高（gāo）等級絕緣（yuán）。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這樣設（shè）計降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容（róng）量，從而降（jiàng）低成本。每（měi）個模塊電機都具有一（yī）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況時（shí），完全可以隻運行部分模塊電機驅動球磨機（jī）。
在結構方麵，本產品電（diàn）機（jī）的定子采用了（le）一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（jiān）隙的小扇形塊，通過機械結構設（shè）計，確定了一種無論球磨機（jī）轉（zhuǎn）筒是否震動或（huò）偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而（ér）保持定子與轉子間隙（xì）恒定的結構。本產品通過（guò）機（jī）械結構設計保證定子與轉（zhuǎn）子間的間隙恒定，電機不會發生（shēng）掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電（diàn）機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用（yòng）量，降低（dī）生產（chǎn）成本，節約（yuē）稀土資源，節能（néng）用（yòng）電量。當模塊發生（shēng）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工期（qī）。
2、球磨機專（zhuān）用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨（suí）動式定子結構構成一（yī）種“小車結構（gòu）”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車（chē）。滾（gǔn）輪貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相當（dāng）於汽車在公路行駛，公路（lù）的起伏不影響（xiǎng）車輪與地麵貼合，即滾筒偏心（xīn）浮動不影響滾（gǔn）輪貼（tiē）合滾筒，保證定子、轉子間隙恒定，在球（qiú）磨（mó）機因裝配誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變、重載震動等原因造（zào）成電機偏心、氣（qì）隙不均勻時，仍（réng）能正常運轉，保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢修（xiū）。同時電機定子與轉（zhuǎn）子（zǐ）間的（de）間隙也可以做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，並且因為隨動式結構，電（diàn）機不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子（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（kuài）的軸（zhóu）向兩側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（yǒu）與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機滾筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動（dòng），轉筒會向上（shàng）頂定（dìng）子塊（kuài）上安裝的滾輪，進而帶動（dòng）定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下（xià）方定子塊在受到永磁體對（duì）其向上的吸引力的同（tóng）時，定子塊上的彈（dàn）性機構將其向上頂（dǐng），保證下方定子塊的滾輪依然貼合轉筒外表麵，使定子塊（kuài）跟隨轉（zhuǎn）筒波動而進行徑向與圓周方（fāng）向的（de）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或（huò）繼續向下波動，則上方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向下的吸引力的（de）同時（shí），彈性機構將上（shàng）方其向下壓（yā）,下方定子塊被（bèi）轉筒向下壓。
本產品彈性裝（zhuāng）置的壓力大小可調，對（duì）於（yú）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大（dà）造成滾輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電機采用（yòng）模塊化控製，根據不（bú）同功率的電（diàn）機設計采用不同個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓（yuán）電機由（yóu）多台模塊電機構成（chéng）,多台模塊電機共用同一個（gè）轉子，模塊電機包繞式安裝在球（qiú）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（yuán）周方向的限位。球磨（mó）機滾筒的法蘭處（chù）銜接（jiē）T型（xíng）支撐板（bǎn）,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產（chǎn）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（jìng）向依次拆卸密封外殼、彈性機（jī）構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性（xìng）機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機（jī）的電機驅動係統的優點
現階段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（jí）齒輪結構（gòu）進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是（shì）它有（yǒu）較高的效率和功率因數（shù），損耗大大降低，節約了（le）能源。永（yǒng）磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機（jī）則（zé）起動相對（duì）困（kùn）難。這些也是近年（nián）來永磁（cí）電機（jī）應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了（le）中間的減速機（jī）、聯軸器（qì）、及（jí）齒輪的傳動環節，縮（suō）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（tǒng）的傳（chuán）動效（xiào）率不僅（jǐn）得到大幅提升，而且直驅係統的故（gù）障率低，維護檢修（xiū）方便，還避免了（le）傳統（tǒng）設備（bèi）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，運輸等難度，還相當於把一個（gè）大功率（lǜ）電機做成了多個小（xiǎo）功率電（diàn）機。模塊化電機（jī）的控製技術可以實現降低大（dà）功率電機的輸入電壓，但是不（bú）增加電機的輸入電流，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（pín）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（biàn）頻器容量（liàng），從而降低成本（běn）。球磨機運行（háng）在（zài）輕載工況時,完全可以（yǐ）隻運行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變（biàn），諧（xié）波含量（liàng）增加，平均轉矩（jǔ）下（xià）降，轉矩波動顯著（zhe）增加，無法繼續正常運行。而本產品進行了模塊化設（shè）計，每個（gè）模塊（kuài）電機都具有（yǒu）一套獨立的控製（zhì）係（xì）統，大大提（tí）升了電機控製的（de）自由度,可以利用其多電機結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（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。模（mó）塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控（kòng）製其餘正常子模塊降額運行。使用本產（chǎn）品完全不會因電機發（fā）生故障而影響到生產工期。
球磨機因（yīn）加工誤差、軸（zhóu）承（chéng）磨損、滾筒形變或重載產生震（zhèn）動等因（yīn）素會發（fā）生（shēng）轉子（zǐ）偏心現象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產（chǎn）中常常（cháng）通過增加氣隙大小來預防掃膛，而氣隙增大會（huì）導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定（dìng），可將氣隙做（zuò）的更小，減（jiǎn）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（jié）構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間（jiān）更長，大（dà）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、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅（qū）對比於傳統感（gǎn）應電機的優點( 1）變頻調速控製（zhì），實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差。遇到突發事（shì）件，調整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應速度慢（màn）。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能（néng）力強。遇到突發事件，除調整磨輾高（gāo）度外，還增加了速度調節以快速適應係統工作（zuò）環境，係統（tǒng）反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統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（chē）係統滿（mǎn）足立磨的低速起動。為保證（zhèng）在電機（jī）起動過程不對電網造成過（guò）大的衝（chōng）擊，需增加軟起動裝（zhuāng）置。三相感（gǎn）應電機起動（dòng）後，通過減速（sù）器滿足係（xì）統（tǒng）轉矩需要，整（zhěng）個係統構（gòu）成複雜，係統運行的輔助設備很多。直驅係統由變頻控（kòng）製係統控製永磁（cí）同步（bù）電機起動，轉矩特性滿（mǎn）足需要，無需盤車係統和減（jiǎn）速器，輔（fǔ）助係統少，結（jié）構簡單。
(3）變（biàn）頻器軟起動，起動過程隨意設（shè）定
傳統係統（tǒng）先（xiān）由（yóu）低速盤車係統起動，待三相感應電機達到起（qǐ）動條件（jiàn）後（hòu），軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需（xū）要盤車係統，將轉速（sù）提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速（sù）起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際工況進（jìn）行調整，以滿足各種工況的需求（qiú）。低速可（kě）過（guò）載輸出，滿（mǎn）足（zú）起動需要，取代（dài）盤車係（xì）統。
(4）無減（jiǎn）速（sù）器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查和定期維護，傳統（tǒng）係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜（zá）需要經常維護，維護成本費用高。同（tóng）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（yuán）簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅動，控製方便。係（xì）統內無減速器（qì），無需額（é）外進行維護，係（xì）統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速（sù）運行情況下進（jìn）行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取（qǔ）代傳統驅動係（xì）統（tǒng）年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立（lì）式鯤磨機直驅係統（tǒng）的優勢與球磨機直驅（qū）係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立（lì）磨結構示（shì）意圖
本新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。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（shàn）形模塊機構替代大（dà）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（zhōng）具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分（fèn）別設計（jì）了三種立（lì）磨專用永磁電機，代替（tì）傳統（tǒng）的減（jiǎn）速（sù）機與三（sān）相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓的（de）作用，並（bìng）且方便製造（zào）、裝配（pèi）維護，節省成本。均已申（shēn）請（qǐng）專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
