1、技術背（bèi）景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯（lián）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（rǒng）長、效率（lǜ）低、機（jī）構複雜、運行維護工作量大等問題。
沈（shěn）陽工業大學電機與控製技術研究所與河南91视频网機電設備有限公司聯合設計研發（fā）的球磨機、立（lì）磨機采用永磁直驅電機（jī）,通（tōng）過將電動機與機械結（jié）構（gòu）進（jìn）行機電一體化設計，取消動（dòng）力傳輸的中間（jiān）環節，做成直驅方案，能直接滿足荷（hé）載的需求，省去（qù）傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的（de）效率（lǜ）與功率因數（shù），具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在（zài）控製方麵,本產品電機定子采用（yòng）了模塊化設計，不僅（jǐn）降低了加（jiā）工（gōng）、製造、運輸等難度，還相當於把一個大功率電（diàn）機做成了多個小功（gōng）率電機（jī）。模塊化（huà）電機的控製（zhì）技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（diàn）流（liú），電機（jī）不必（bì）采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合（hé）供電，這樣設計降低了電機的供電電壓和使（shǐ）用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具（jù）有（yǒu）一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的自由（yóu）度，球磨機運（yùn）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。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種（zhǒng）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塊，通過機械結（jié）構設計，確定了一種無（wú）論球磨機轉筒（tǒng）是否震動或偏心，定子塊始終跟（gēn）隨（suí）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定子與轉子間的間隙恒定，電（diàn）機不會發（fā）生掃膛現象，因此（cǐ）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（cóng）而大幅降低電機永磁體（tǐ）用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發（fā）生故（gù）障時，直接拆卸故障（zhàng）電機（jī），更換新的模塊電（diàn）機即可正常運行。使（shǐ）用本產品完全不會因電機發生故障（zhàng）而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動（dòng）式永（yǒng）磁直驅電機概述
本產品的隨動式定（dìng）子結構構成一種“小車結構”，滾筒就像（xiàng）公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合（hé）滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼（tiē）合，即滾（gǔn）筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證定子、轉子間隙恒（héng）定（dìng），在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾筒（tǒng）形變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉（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（yǔ）轉子間的間隙也可以（yǐ）做的更小，減少永磁體用量，並且因（yīn）為隨動式結（jié）構，電機（jī）不（bú）會（huì）發生掃膛現象。
本產品電機的定子為（wéi）隨動（dòng）式結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立（lì）的扇形定子塊結構，其隨動原理是（shì）在定子塊的軸（zhóu）向（xiàng）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，定子塊徑（jìng）向外側設有與支撐框（kuàng）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（gǔn）筒向上波動，轉筒會向上頂定子（zǐ）塊上安裝的滾輪（lún），進而帶動（dòng）定子塊向上移（yí）動，上方彈性機構繼續壓縮;下（xià）方定子塊在受到永磁體對其（qí）向上的吸引力的（de）同時，定子塊上的彈性機構將其（qí）向上頂，保證（zhèng）下方定子塊（kuài）的滾輪依然貼合轉筒外表（biǎo）麵，使（shǐ）定子塊跟隨轉筒波（bō）動而進行（háng）徑向（xiàng）與圓周方向的移動（dòng），從而（ér）保證定子（zǐ）、轉子之間（jiān）的間隙不變。球磨機滾筒向（xiàng）下（xià）複位或繼（jì）續向下波動（dòng），則上方定子塊在受到永磁體對其向下的（de）吸引力的（de）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造成（chéng）滾輪或轉筒磨損（sǔn）較快。
本產品（pǐn）將永（yǒng）磁電機采用模塊化控製（zhì），根據（jù）不同（tóng）功率的電機設計采用不同個數的（de）隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機（jī）構成,多（duō）台模塊電機共（gòng）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（shì）定子塊間設有固定在（zài）支撐框架上（shàng）的擋板（bǎn）來對（duì）定（dìng）子塊進（jìn）行圓周方向的限（xiàn）位。球（qiú）磨機滾筒的法（fǎ）蘭（lán）處銜接T型支撐板（bǎn）,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（zhuāng）拆卸十分便捷，隻需要沿（yán）球磨機的（de）徑向依次（cì）拆（chāi）卸密封外殼、彈性機構、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構（gòu）支撐架，即（jí）可將定子（zǐ）塊沿徑向拉出，進行檢修或更（gèng）換新的定子（zǐ）塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動係統的（de）優點
現階段大多（duō）數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置（zhì）以及齒（chǐ）輪結構進行（háng）驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較（jiào）高的效率（lǜ）和功率因數，損耗（hào）大大（dà）降低，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（xì）統響應速度快，感應電（diàn）機則起動相對困難。這些也是近年來永磁（cí）電機應用越（yuè）來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中（zhōng）間的減（jiǎn）速（sù）機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮（suō）短係統的傳動（dòng）鏈（liàn），直驅係（xì）統的傳動效（xiào）率將提（tí）升至（zhì）少20%。球磨機直驅係統的傳（chuán）動效率不（bú）僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因（yīn）漏油造（zào）成環境汙染。
由於本產品電機定子（zǐ）采用了模塊化設計，不（bú）僅降（jiàng）低（dī）了加工，製造，運輸等難（nán）度，還相當於把一個大功率電（diàn）機做（zuò）成了多個小功率電機（jī）。模（mó）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（bú）增加（jiā）電機的輸入電流，電機不必（bì）采用高等級絕緣，模塊化電機采用多台小功率變頻（pín）器聯合供電。這樣設計降低了電（diàn）機的（de）供電電壓和使用的變頻（pín）器容量，從而降低成本。球磨機運行在輕載工（gōng）況時,完全（quán）可以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（chéng）磁動勢發生（shēng）畸變，諧（xié）波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本（běn）產（chǎn）品進行了模塊化設（shè）計，每個模塊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（yóu）度,可以（yǐ）利用其多電機結構和控製靈活的優（yōu）勢，在發生故障時。可以直接（jiē）拆卸故障電機更換新的模塊電機即（jí）可正常運行。模塊（kuài）化電機（jī）具有冗（rǒng）餘的模塊數，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機發生故障而（ér）影響到生產工期（qī）。
球磨機因加（jiā）工誤差、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發（fā）生轉子偏心現象，偏心嚴（yán）重時還會造成電機掃膛損壞電機（jī），實際生（shēng）產中常（cháng）常通過增（zēng）加（jiā）氣隙大小來預防掃（sǎo）膛，而氣隙增大會導致永磁體用量（liàng）增（zēng）加，提（tí）高電機製造成本。隨動式定子結（jié）構的模塊電機，能（néng）在轉筒（tǒng）偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒定，可將（jiāng）氣隙做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，電（diàn）機不會發生掃膛（táng）現象，同時（shí）因為（wéi）該隨動式定子（zǐ）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，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨（suí）動式（shì）球磨機裝（zhuāng）配示意（yì）圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的（de）優點( 1）變頻調速（sù）控製，實現負載工況（kuàng）多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能（néng）力差。遇到（dào）突發事件，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（shì）應工況能力強（qiáng）。遇到突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調節以快速（sù）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
傳統係統因（yīn）三相感應電機無（wú）法在低（dī）速實現（xiàn）大轉矩輸（shū）出，需要額外的盤車係統滿足立磨（mó）的低速起動。為保證在電機（jī）起動過程不對電網造成過大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相感應電機起動後，通過減速器滿（mǎn）足係（xì）統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的輔助設備很多（duō）。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉（zhuǎn）矩特性（xìng）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（dòng），起動過程（chéng）隨意設定
傳統係統先由低（dī）速盤車係統（tǒng）起動，待三相感應電機達到起動條件後（hòu），軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統（tǒng）控製複（fù）雜，低速（sù）無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高（gāo）到（dào）三相感應電機起動條件。直驅係（xì）統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統（tǒng）控製（zhì）簡單（dān）。變頻控製起動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種（zhǒng）工況的需求（qiú）。低速可（kě）過載輸（shū）出，滿（mǎn）足起動需（xū）要，取代盤車係統。
(4）無減速器，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，傳統係統構成單元多。同（tóng）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（tǒng）無法實現在低速運（yùn）行的情況（kuàng）下進行係統維護。直驅係（xì）統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機直接驅（qū）動，控製方（fāng）便。係統內無減速器，無需（xū）額外進行維護，係統（tǒng）維護成本低。同時，係統可實（shí）現在電機（jī）低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動（dòng）效率高,節（jiē）能效果明顯
綜上采用直驅永磁電（diàn）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（kūn）磨機直驅係統的優勢與（yǔ）球磨機直（zhí）驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立（lì）磨結（jié）構（gòu）示意圖
本新型立磨（mó）結構采用永磁直驅電機驅（qū）動,提高了立磨效率（lǜ）。在立磨（mó）扶正軸承與（yǔ）壓力軸（zhóu）承上進行突（tū）破，通過設計一種雙向（xiàng）載荷扇（shàn）形模塊機構（gòu）替代（dài）大直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降（jiàng）低成本,在工程實（shí）際中具（jù）有（yǒu）很強的實（shí）用型。
針（zhēn）對大、中、小型不同（tóng）尺寸的立（lì）磨（mó），分（fèn）別設（shè）計了三種立磨專用（yòng）永磁電機，代替傳統的減（jiǎn）速機與三相異步電動（dòng）機，永磁直驅電機具有（yǒu）雙向載荷機構與不同的放置位置，均能（néng）達到（dào）扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
