1、技術背景
傳統（tǒng）的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動鏈冗長（zhǎng）、效率低、機構複雜、運行維護（hù）工作量大（dà）等問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所（suǒ）與河南91视频网機電設備有（yǒu）限公司聯合設計研（yán）發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電（diàn）機,通過將電動機與機械（xiè）結構進行（háng）機電一體化（huà）設計，取消動（dòng）力傳輸的中間環節，做成直（zhí）驅方案（àn），能直接滿足荷（hé）載的需求，省去傳統磨（mó）機的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因（yīn）數，具有節能、起動轉矩大（dà）、過載能力強、係統免維護、自動（dòng）化程度高等優點。
在控製方麵,本產品電機定子采用（yòng）了（le）模塊化設計，不僅降（jiàng）低了加工、製造、運輸（shū）等難度，還相當於把一個大功率電機做（zuò）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輸入電壓，但是不增加電（diàn）機的輸入電流，電機不（bú）必采用高等級（jí）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（jì）降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量（liàng），從而降低（dī）成本。每個模塊電（diàn）機都具有一（yī）套獨（dú）立的控製係統，大大提升了電機控（kòng）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電機驅動球磨機。
在結（jié）構方麵，本產品電（diàn）機的定子采用了一種自主設計（jì）研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相互存在（zài）間隙的小扇（shàn）形塊，通過機械（xiè）結構設計（jì），確定了一種無論球（qiú）磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而（ér）保持定子與轉子間隙恒定（dìng）的（de）結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙（xì）恒定，電機不會發（fā）生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永（yǒng）磁直驅（qū）電機的小（xiǎo）很多（duō），從而（ér）大幅降低電機永磁體用（yòng）量，降低生（shēng）產成本，節約稀土資源（yuán），節能用電量。當模塊發生（shēng）故障時（shí），直接拆卸故障電機，更（gèng）換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品（pǐn）完（wán）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（suí）動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式（shì）定子結構構成一種“小車（chē）結構”，滾筒就像（xiàng）公（gōng）路，定子塊就像汽車（chē）。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在（zài）公路行駛，公路的（de）起伏不影響車輪（lún）與地麵貼合，即滾筒偏心浮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（xīn）、氣隙不均勻時，仍能（néng）正常運轉（zhuǎn），保證磨機始終運行在性能狀態，不必停機檢（jiǎn）修。同時電機定子與轉子間的間隙也（yě）可以做（zuò）的更小（xiǎo），減少永磁體用（yòng）量，並且（qiě）因為隨動式（shì）結構，電機不會發生掃膛（táng）現（xiàn）象。
本產品電機的定子為隨動式結構,基於模塊化永磁（cí）直驅電機，采用獨立的（de）扇形定子塊結構，其（qí）隨動原理是在定子塊的軸向兩側安（ān）裝滾輪且滾輪貼合滾（gǔn）筒來確定定子與轉子間的間隙，定子塊徑向外側設有與支撐框架相連（lián）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（zhuàng）態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子（zǐ）塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動（dòng），上方彈性機（jī）構繼續壓縮;下方（fāng）定子塊在受到永磁體（tǐ）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，保證下方定子塊的滾輪（lún）依然貼合轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉筒（tǒng）波（bō）動而進行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（qiú）磨機（jī）滾筒向（xiàng）下複位或繼續向下波（bō）動，則上方定（dìng）子塊（kuài）在（zài）受到（dào）永磁體對其向下的吸引（yǐn）力的同時，彈性機構將上方其向下（xià）壓（yā）,下方定子塊被轉筒（tǒng）向下壓。
本產品彈性裝置的壓力（lì）大小可調，對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（zhì）的壓力過大造成滾輪（lún）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，一台整圓電機由（yóu）多台模（mó）塊電機構成,多台模塊電機共用同一個（gè）轉子，模塊電（diàn）機包繞式安裝在（zài）球磨機滾（gǔn）筒上。相鄰（lín）隨動式定子塊（kuài）間設有固定在支（zhī）撐框架上（shàng）的擋板來對定子塊進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型（xíng）支撐（chēng）板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼。
本產品的隨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（dàn）性機（jī）構與定（dìng）子塊之間的連（lián）接（jiē）杆、彈性機構支撐架（jià），即可將定子（zǐ）塊沿徑向拉出，進行檢修（xiū）或更換新的定子塊。
3、采用本（běn）產品代替傳（chuán）統磨機的（de）電（diàn）機驅動係統的優（yōu）點
現階段大多（duō）數的球磨機仍采（cǎi）用三相感應電動機（jī）、聯軸器、減速裝置（zhì）以及齒輪結構進行驅動。永磁（cí）同步電機（jī）與感應電機相比優勢是它有較高的效（xiào）率和功率因數（shù），損耗大大降（jiàng）低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運（yùn）行平穩，係統響應速（sù）度快，感應（yīng）電機則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機（jī）應用越來越廣（guǎng）泛的原因（yīn）。
采（cǎi）用永磁直驅（qū），取（qǔ）消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮（suō）短係統的傳動鏈，直（zhí）驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳（chuán）動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維（wéi）護檢修方便，還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采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大功率電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輸入電壓，但是不增（zēng）加電機的輸入電流（liú），電機不（bú）必采（cǎi）用高等級絕緣，模塊化電機采用多台（tái）小功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機運行（háng）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。
傳（chuán）統電（diàn）機故障時，會導致（zhì）電機合（hé）成磁動勢發生畸變，諧波含量（liàng）增加，平均轉（zhuǎn）矩下降，轉（zhuǎn）矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產（chǎn）品進（jìn）行了模塊化設計，每個模塊（kuài）電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,可（kě）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（zhí）接拆卸故障電機更（gèng）換新的模塊電機即可正常（cháng）運行。模塊化電機具有冗餘的（de）模塊數，也可切除故障子模塊而（ér）控製其餘正常子（zǐ）模塊降額運行。使用本（běn）產品完全不會因電機發生故（gù）障而影響到（dào）生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變（biàn）或重載產生震動（dòng）等因素（sù）會發生轉（zhuǎn）子偏心現（xiàn）象，偏心嚴重（chóng）時還（hái）會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常（cháng）通過（guò）增加氣隙大小（xiǎo）來（lái）預防掃膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製（zhì）造成本。隨動式定子結構的模（mó）塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間（jiān）隙恒定，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（dòng）式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少（shǎo），工作時間更長，大體積球（qiú）磨機（jī）檢修複雜，降（jiàng）低檢修次數就（jiù）是提高（gāo）生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁（cí）直驅立（lì）磨技術（shù）
1、立磨直驅對比於傳統感應電機（jī）的優點（diǎn）( 1）變（biàn）頻調速控製，實（shí）現負載工況多樣性（xìng）
傳統（tǒng）立磨速度單一，工況適應能力（lì）差。遇到突發（fā）事（shì）件，調整磨鞮高度（dù）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（pín）調速，適（shì）應工況能力強。遇到突發事（shì）件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快（kuài）速適應係統工作環境，係統反應速度更快。
(2）係（xì）統簡單,可靠性高
傳統係（xì）統因（yīn）三相感應電機無法在低速（sù）實（shí）現大（dà）轉矩輸出，需要額外（wài）的盤車係統滿足立磨的低速起（qǐ）動。為保證在電機起動（dòng）過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置（zhì）。三相感應電機起（qǐ）動後，通過減速器滿足係統轉矩需要（yào），整（zhěng）個係統構（gòu）成複雜，係統運行的輔助設（shè）備很多。直驅係統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，無需盤車係統和減速器，輔助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程隨意設定
傳統係（xì）統先（xiān）由低速盤（pán）車係統起動，待三相感應電機達到（dào）起（qǐ）動條（tiáo）件後，軟（ruǎn）起動裝置起動三（sān）相感（gǎn）應電機，係（xì）統運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起（qǐ）動，係（xì）統直接運行，係統控製簡單（dān）。變頻（pín）控製起（qǐ）動過程可根據實際工況進（jìn）行調整，以滿足各種（zhǒng）工（gōng）況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤（pán）車係統（tǒng）。
(4）無減速器，維護（hù）成本更低,維護次數少（shǎo）
係統各構成單元均需要時（shí）常檢查和定期維護，傳統係統構成單元（yuán）多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同時係統無法實現在低速運行的情況下（xià）進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，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（wéi）護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機（jī）低速運行（háng）情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果明顯
綜上（shàng）采用直驅永磁電機取代傳統驅（qū）動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元（yuán）/kWh）立式鯤磨機直驅（qū）係統的（de）優勢與球磨機直驅係統（tǒng）相同，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（jié）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（yī）種雙向（xiàng）載荷扇形模塊（kuài）機構替代大直徑（jìng）軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降低成本,在工程（chéng）實際中具有很強（qiáng）的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨（mó）專用（yòng）永磁電機（jī），代替傳統的減速機與三相異步電動機，永（yǒng）磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達（dá）到（dào）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（kuàng）用球磨機 
