1、技術背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯（lián）軸（zhóu）器、減速裝置以（yǐ）及齒（chǐ）輪結構進行驅動，導致球磨機的傳（chuán）動係統存在機械傳動（dòng）鏈冗長、效率低、機構複雜、運行維護工（gōng）作量（liàng）大等問題。
沈陽（yáng）工業大學電機（jī）與（yǔ）控製技（jì）術研究所與河南红桃影视機電設備有限公司聯（lián）合設計研發的球（qiú）磨（mó）機、立磨機采用（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（jì），取消動力傳輸的（de）中間環節，做成（chéng）直驅方（fāng）案，能直接滿足荷（hé）載的需求，省去傳統磨機（jī）的減速機，顯著提高了電機的效率與功率因數，具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統（tǒng）免維護、自動化程度高等（děng）優（yōu）點（diǎn）。
在控製方麵,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（bǎ）一個大功率（lǜ）電機做成了（le）多個小功率電（diàn）機。模塊化電機的控製技術可以實現（xiàn）降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機（jī）的輸入電流，電（diàn）機不必（bì）采用高（gāo）等（děng）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的供電電壓和使用（yòng）的變頻器容量，從（cóng）而降低成本。每（měi）個模塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製的（de）自由度，球磨機運行在（zài）輕載工況時，完全可以隻運行部分模塊（kuài）電機驅（qū）動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自主設計研發的隨（suí）動式（shì）結構，將整圓（yuán）的定子分成若幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定了一種無論球磨機轉筒是否震動或偏心，定子塊始終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定（dìng）的結構。本產品通過機械結構設（shè）計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此（cǐ）電（diàn）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（shēng）產成（chéng）本，節（jiē）約稀土資源，節能用電量。當（dāng）模塊發生故障時，直接拆卸（xiè）故障電機，更換新的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會（huì）因電機發生故障（zhàng）而影響到生產工（gōng）期。
2、球磨機專（zhuān）用隨動式永磁直驅電機概（gài）述
本產品的隨動式定（dìng）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（yú）汽車在公路行（háng）駛，公路（lù）的起伏不影響車輪與地麵貼合，即（jí）滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒（tǒng），保證定子、轉子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨（mó）損、滾筒形變、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，保證磨（mó）機（jī）始終運行在性能狀態，不必（bì）停機檢修。同時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少（shǎo）永磁體用量，並且（qiě）因為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本（běn）產品電（diàn）機的定子為隨動式結（jié）構,基於模塊化永磁直驅電（diàn）機，采用獨（dú）立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸向兩側（cè）安裝滾輪且滾輪貼合（hé）滾筒來確定定子與轉子間的間隙，定（dìng）子塊徑向外（wài）側設有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（zhuàng）態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向（xiàng）上頂定子塊上安裝（zhuāng）的滾輪，進而帶動定（dìng）子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向（xiàng）上的吸引力的同時，定子塊（kuài）上的彈性機構將其向上頂，保證下方定子塊的滾輪依然貼合（hé）轉筒外表麵，使定子塊跟隨轉（zhuǎn）筒波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（jiān）隙不變。球磨機滾筒（tǒng）向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到永磁體對其向下的（de）吸引力的同時，彈性（xìng）機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒（tǒng）向下壓。
本產（chǎn）品彈性裝置的壓（yā）力大小可調，對於不同（tóng）位（wèi）置的定子塊設置不同的壓力,避免因彈性裝置設（shè）置的壓（yā）力過（guò）大造成滾輪或轉筒（tǒng）磨損較快。
本產品將永磁電（diàn）機采用模塊化（huà）控製，根（gēn）據不同功率的電機設計采用不（bú）同個數的隨動式（shì）定子塊構成一台模塊電機，一台整圓（yuán）電機由多台模塊電機（jī）構成,多台模塊（kuài）電（diàn）機共用同一個轉子，模塊電機包（bāo）繞式（shì）安裝在球磨機滾筒上（shàng）。相鄰（lín）隨動式定子塊間設有（yǒu）固定在支撐框架上（shàng）的擋（dǎng）板來對定子塊進行圓（yuán）周方向的限位。球磨機滾筒（tǒng）的法蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及（jí）磁鋼。
本產品的隨動式定子（zǐ）塊安裝（zhuāng）拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆（chāi）卸密封外殼、彈性（xìng）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（jiǎn）修或更換新的定子塊。
3、采用（yòng）本產品代替傳（chuán）統磨機的（de）電機驅動係統的優點
現階段大多數的球磨（mó）機仍（réng）采用三相感應電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的效率和功率因數（shù），損耗大大降低，節約了能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機（jī）運行平穩，係統（tǒng）響應速度快，感應電機則起動相（xiàng）對困難。這些（xiē）也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸器、及齒輪的傳（chuán）動環節，縮（suō）短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動（dòng）效率將（jiāng）提升至少20%。球磨機直驅係統（tǒng）的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直（zhí）驅係統的（de）故障率低，維護檢修方便，還避免了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於（yú）本產品電機定子采用了（le）模塊化設計，不僅降低了加工（gōng），製造（zào），運輸等難度，還相當於把一個（gè）大（dà）功率電機做成了多（duō）個小功率電機。模（mó）塊化電（diàn）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，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多台小功（gōng）率變頻（pín）器聯合供電。這樣設計降低了（le）電機的供電電壓和使用的變頻器容量（liàng），從而降低成本。球磨機（jī）運行在輕載（zǎi）工況時,完全（quán）可以隻運（yùn）行部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時（shí），會導致（zhì）電機合成磁動勢發生（shēng）畸（jī）變，諧波含量增加，平均轉矩下降（jiàng），轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運行。而本產品進（jìn）行了模塊化設計，每（měi）個模塊電（diàn）機（jī）都具有一套（tào）獨立的控製係統，大大提升了電機控製（zhì）的（de）自由度,可以（yǐ）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（chāi）卸故障電機更換新的（de）模塊電機（jī）即可正常運（yùn）行。模塊（kuài）化電機具有冗（rǒng）餘的模塊數，也可切（qiē）除故障子模塊而控（kòng）製（zhì）其餘正常子模塊降額運行。使用本產品完（wán）全不會因電機發生故障而影響到生產工（gōng）期。
球磨機（jī）因加工誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變或重載產生震動等（děng）因素會發生轉子偏（piān）心現（xiàn）象，偏心嚴重時還會造成電機掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產中常常（cháng）通（tōng）過增加氣隙大小（xiǎo）來預防掃膛，而氣隙增大（dà）會導致永磁體用量增（zēng）加，提高電機製造成（chéng）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，可將氣隙做的更小，減少永磁（cí）體用（yòng）量，電機不會發生（shēng）掃膛現象，同時因（yīn）為該隨動式定子結構在（zài）偏心（xīn）時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積（jī）球磨機檢修（xiū）複雜，降（jiàng）低（dī）檢修次數就是提高（gāo）生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅（qū）立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感（gǎn）應電機的優點( 1）變頻調速控（kòng）製，實現（xiàn）負載工況多樣性（xìng）
傳統立磨速度單一，工況適應能（néng）力差。遇到突發事件，調整磨鞮高度來改變係統工（gōng）作環境，係統反（fǎn）應（yīng）速度慢（màn）。永磁同步電機（jī）采用變頻調速（sù），適應工況能力強。遇到突（tū）發事件（jiàn），除調整磨（mó）輾高度外，還增加了速度調節以快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）統因三相感應電機無（wú）法在低速實現大轉矩輸（shū）出，需要額外的盤車（chē）係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動（dòng）過程不對電網造成過大的衝擊（jī），需增加軟起（qǐ）動裝置。三（sān）相（xiàng）感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需（xū）要，整個係統構成複雜，係統運行的輔（fǔ）助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁（cí）同步電機起動，轉矩（jǔ）特性滿足（zú）需要，無需盤車係統和減速器（qì），輔（fǔ）助係統少，結構簡單。
(3）變頻器（qì）軟起動，起動過程隨意設定（dìng）
傳統係統先由低速盤車係統起動，待三相感應電（diàn）機達到起動條件後，軟起動裝置起動三相感應電機，係統運行。係統控製（zhì）複雜，低速無法實（shí）現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到（dào）三（sān）相感應電機起動（dòng）條（tiáo）件。直驅係統直（zhí）接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控（kòng）製起動過（guò）程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸（shū）出，滿足起動需（xū）要，取（qǔ）代盤車係統。
(4）無減速器，維護（hù）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（dān）元多。同時（shí）立磨減速器結構複雜需要經常維護（hù），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（zhí）驅係統構成單（dān）元（yuán）簡單，變頻器（qì）控製永磁（cí）同步電機直接驅動，控製方（fāng）便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低（dī）速（sù）運（yùn）行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能（néng）效果明顯
綜（zōng）上采用直（zhí）驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鯤磨機直驅係統的優勢與球磨（mó）機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新（xīn）型立磨結構采用永磁直（zhí）驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承（chéng）與壓（yā）力軸承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸承，方便加工、生產、運（yùn）輸、裝配、維修，並降低（dī）成本,在工程實際中具有很強的實用型。
針對大、中、小型不同尺寸的立磨，分別設計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步（bù）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（fú）正（zhèng）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 
