1、技術（shù）背景
傳統的球磨（mó）機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸（zhóu）器、減速裝置以及（jí）齒輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統（tǒng）存在機械（xiè）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（xué）電機與（yǔ）控製技術（shù）研（yán）究（jiū）所與河南红桃影视機電設備有限（xiàn）公司聯合設（shè）計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電（diàn）動機與機械結構進（jìn）行（háng）機電一體化設計，取消動力傳輸的中間（jiān）環節（jiē），做（zuò）成直驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統（tǒng）磨機的減速機，顯著提高了電機（jī）的效率與功率（lǜ）因數，具有節（jiē）能（néng）、起動（dòng）轉矩大（dà）、過載（zǎi）能力強（qiáng）、係統免維護、自動化程度（dù）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（jǐn）降低了加工、製造、運輸等（děng）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（mó）塊化電機的控製技術可以實（shí）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，電機不必采用高等級（jí）絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻（pín）器聯合供電，這樣設計降低了電機的供電電（diàn）壓和使（shǐ）用的變頻器容量（liàng），從（cóng）而降低成（chéng）本。每個模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製（zhì）係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機（jī）運（yùn）行在輕（qīng）載工況時，完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機驅動球磨機（jī）。
在（zài）結構方麵，本產（chǎn）品電機（jī）的（de）定子采用了（le）一種（zhǒng）自主設計（jì）研發的隨（suí）動式結構，將（jiāng）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，確（què）定了一種無論球磨（mó）機轉筒是否震動（dòng）或偏心，定子（zǐ）塊始終跟隨轉筒運動從（cóng）而保持定子（zǐ）與轉子（zǐ）間隙恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與（yǔ）轉子間的（de）間隙恒定，電（diàn）機不（bú）會（huì）發生掃膛（táng）現（xiàn）象，因此電機的氣隙可以設計的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節（jiē）約（yuē）稀土資源，節能用電量。當（dāng）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（zhèng）常運行。使用本產品完全（quán）不會因電機發生故障而影（yǐng）響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電（diàn）機概述
本產品的隨動（dòng）式定子結構構成一種“小車結構”，滾筒（tǒng）就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不（bú）影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮（fú）動不影（yǐng）響（xiǎng）滾輪（lún）貼合滾筒（tǒng），保證定子、轉（zhuǎn）子間隙恒定，在球磨機因裝配誤（wù）差、軸承磨損、滾筒形（xíng）變、重載震動等原因造成電機偏心、氣隙不均勻（yún）時，仍能正常運轉，保證磨機始終運行在（zài）性能狀態（tài），不必停機檢修（xiū）。同時電機定子與轉子間的（de）間隙也可以做的更小，減少永（yǒng）磁體用量（liàng），並且因為（wéi）隨動式結構，電機不會（huì）發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動（dòng）式（shì）結構,基於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子塊（kuài）結構，其隨動原理是（shì）在定子塊的軸（zhóu）向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來確定定子（zǐ）與（yǔ）轉子間的間隙，定子塊（kuài）徑向外側設有與支撐框架相（xiàng）連的彈性機構。彈性機構在球（qiú）磨機滾（gǔn）筒不偏心時處於半壓縮狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉（zhuǎn）筒會向上頂定子塊上安裝的滾（gǔn）輪，進而帶動定子塊向上（shàng）移動，上方彈性機構繼續（xù）壓縮;下方定子塊（kuài）在受到永磁體對其向上的吸（xī）引力的同時，定子塊上（shàng）的彈性（xìng）機構（gòu）將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼（tiē）合（hé）轉筒外表（biǎo）麵，使定子塊跟隨轉筒（tǒng）波動而進行徑向與圓周方向的移（yí）動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球（qiú）磨機滾筒向下複位或繼續（xù）向下波動，則上方定子塊在受到永磁（cí）體對其向下的吸引力的同時（shí），彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊（kuài）被轉筒向下壓。
本產品（pǐn）彈性（xìng）裝置的壓力大小可調，對於不同位置（zhì）的定子塊設（shè）置不同的壓力（lì）,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉筒磨損較快。
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（tái）整圓電（diàn）機由（yóu）多台模塊電機（jī）構成,多台模（mó）塊電機共用同一個轉子，模塊電機（jī）包繞式（shì）安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子塊（kuài）間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊進行圓周方（fāng）向的（de）限位。球磨機滾筒的（de）法蘭處（chù）銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心（xīn）及磁鋼。
本產（chǎn）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、彈性機構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定（dìng）子塊。
3、采用本產品（pǐn）代替（tì）傳統磨機的電機驅動（dòng）係統的優點
現階段大多數的球磨機仍（réng）采（cǎi）用三相感應電動機、聯軸器、減（jiǎn）速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁（cí）同步（bù）電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數，損耗大大降低，節約了能源。永磁電機（jī）通過變頻器進行調速，電機運行平穩，係統響應速度快，感應電機則起動相（xiàng）對困難。這些也是（shì）近年（nián）來永磁電機應（yīng）用越來越廣泛的原因。
采用永（yǒng）磁直驅（qū），取消了（le）中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳（chuán）動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將（jiāng）提升（shēng）至少20%。球（qiú）磨機直驅（qū）係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且（qiě）直驅係統的故障（zhàng）率低，維護檢修方（fāng）便，還避（bì）免了傳統設備因漏油造（zào）成環境汙染。
由於本產品電機（jī）定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難（nán）度，還相當於把一個大功（gōng）率電機做成了多（duō）個小功率電（diàn）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（jī）的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多台小（xiǎo）功率變頻器聯合供電。這樣設計降低了電機（jī）的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況時,完全可（kě）以隻運行部分模塊（kuài）電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機（jī）合成磁（cí）動勢發生畸變（biàn），諧波含量增加，平均（jun1）轉矩下（xià）降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運（yùn）行（háng）。而本產（chǎn）品進行了模塊化（huà）設計，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（jī）即可正常運行（háng）。模塊化電機具有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常（cháng）子模塊降額運行。使（shǐ）用（yòng）本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產工期。
球磨機（jī）因加工誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變或（huò）重載產生震動等因素會發（fā）生轉子偏心現象（xiàng），偏心嚴重時還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防掃（sǎo）膛，而氣隙增大會導致永磁體用量增加，提高電機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心（xīn）時保證定子與轉子（zǐ）之間（jiān）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（xīn）時能（néng）繼（jì）續正常工作（zuò），檢修次數更少（shǎo），工作時間更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次（cì）數就是提高（gāo）生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁（cí）直驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳（chuán）統感應電機的優點( 1）變頻調速（sù）控製，實現負載工（gōng）況多樣（yàng）性
傳統立磨速度單一，工（gōng）況適應能力差。遇（yù）到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工（gōng）作環境（jìng），係統反應（yīng）速度慢。永磁同步電機采用變（biàn）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環（huán）境，係統反應速（sù）度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應（yīng）電機無法在低速實現（xiàn）大轉矩輸出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。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，通過減速器滿足係（xì）統轉矩需要，整個係（xì）統構（gòu）成（chéng）複雜，係統運行的輔助設備很多。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（zú）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
傳統係統（tǒng）先由低速盤車係統起動，待三相（xiàng）感應電機達到（dào）起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機（jī），係統運行。係統控製複（fù）雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要（yào）盤（pán）車係統，將轉速提高到三相感應電機（jī）起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係（xì）統控製簡單。變頻控製起動過程可根據實際（jì）工況進行（háng）調整（zhěng），以滿足各（gè）種工況（kuàng）的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車（chē）係統。
(4）無減速器，維護成（chéng）本更低,維（wéi）護次數少
係統各構成單元均需要時（shí）常檢查（chá）和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速（sù）器結構複雜需要經常（cháng）維護，維護成本費（fèi）用高。同時係統無法實現在低速運（yùn）行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電（diàn）機直接驅動，控製方便（biàn）。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可（kě）實現在電機（jī）低速運行情況下進行係統維護（hù）。
(5）傳動效率高（gāo）,節能效果明（míng）顯（xiǎn）
綜上采用直驅永磁電機取代（dài）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（zhí）驅係統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（qū）立磨結構示意圖
本新型立磨結構采（cǎi）用永磁直驅電機驅動,提高了（le）立磨效率。在立磨扶正軸承與壓（yā）力軸承上進行突破，通（tōng）過（guò）設計一（yī）種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產（chǎn）、運輸、裝配、維修，並降低成本（běn）,在工程實際中（zhōng）具有很強的實用型。
針對大、中、小型（xíng）不同尺（chǐ）寸的立磨，分別設計了三種立磨（mó）專用永（yǒng）磁電機，代替（tì）傳（chuán）統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不（bú）同的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用，並且方便製造、裝（zhuāng）配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
