1、技術背（bèi）景
傳統（tǒng）的球磨機、立磨機大都采用三相異步（bù）電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動（dòng），導致（zhì）球磨機（jī）的傳（chuán）動係統存在機械傳動鏈冗長、效（xiào）率低（dī）、機構（gòu）複雜、運（yùn）行維護工作量大等問題。
沈陽工業大學（xué）電機與控製技術研究所與河南全新機電（diàn）設備有限公司聯合設計研發的球磨（mó）機、立磨機采用永磁直驅電機,通（tōng）過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的（de）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（jī）的效率與功率因數，具（jù）有節能、起動（dòng）轉矩大、過載能力強、係統（tǒng）免維護、自動化程度高等優點（diǎn）。
在控製方麵,本產品電機定子采用（yòng）了模塊化（huà）設計，不僅降低了（le）加工、製造、運輸（shū）等難度，還相當於把一個大功率電機做成了多個小（xiǎo）功率電機。模（mó）塊化電機的控製技術可以實現降低（dī）大功率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電機的輸入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變（biàn）頻（pín）器聯合供電，這樣設計降低了電機的（de）供（gòng）電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機都（dōu）具有一套獨（dú）立（lì）的控製（zhì）係統，大大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載（zǎi）工況時，完全可以隻運行部分模塊電機驅動（dòng）球磨機。
在結構方麵，本產品（pǐn）電（diàn）機的定子（zǐ）采用了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子（zǐ）分（fèn）成若幹個相互存在間隙（xì）的小扇形（xíng）塊，通過機械結（jié）構設計，確定了一種無論（lùn）球（qiú）磨機轉（zhuǎn）筒是（shì）否（fǒu）震動或偏心，定子塊始（shǐ）終跟隨轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品通過機（jī）械結構（gòu）設計保證定子與轉子間的間（jiān）隙恒定，電機不會發生掃膛現象，因此電機的氣隙可以設（shè）計的比普通永磁直驅電機（jī）的（de）小很多，從而大幅（fú）降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約稀土資源，節能用電量。當模塊發生故（gù）障（zhàng）時，直接拆卸故（gù）障電機，更換新的（de）模塊電機（jī）即可正常運行（háng）。使（shǐ）用本產品完全不會因電（diàn）機發生故障而影響到生產工（gōng）期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本（běn）產（chǎn）品（pǐn）的隨（suí）動式定（dìng）子（zǐ）結構構（gòu）成一種“小車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾（gǔn）輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公（gōng）路的起伏不影響車輪與地（dì）麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾（gǔn）輪貼合（hé）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（jī）偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉（zhuǎn），保證磨機（jī）始終運行在性能狀態，不必停（tíng）機檢修。同（tóng）時電機定子與轉子間的間隙也可以做的更小，減少永磁體用量，並且因（yīn）為隨動式結構，電機不會發生掃膛現象。
本產品電機（jī）的定子為隨動式結構,基於（yú）模塊（kuài）化永磁（cí）直驅電機，采用獨（dú）立的扇形定子塊結（jié）構，其隨動（dòng）原理是在（zài）定子塊的軸向兩側安（ān）裝滾輪且滾輪貼合滾（gǔn）筒來確定（dìng）定子與轉子間的間隙，定（dìng）子塊徑向外側設有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在球磨機（jī）滾筒不偏心時處於半壓縮（suō）狀態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下（xià）方定（dìng）子塊在受到永磁體對其（qí）向上的吸（xī）引力的同（tóng）時，定（dìng）子塊上的彈性機構將其向上（shàng）頂（dǐng），保證下方定子塊（kuài）的滾輪依然貼合（hé）轉筒外表麵（miàn），使定子塊跟隨轉筒波動而進行徑（jìng）向與圓周方向的移動，從而保證定子（zǐ）、轉子之間（jiān）的間隙（xì）不（bú）變（biàn）。球磨機滾筒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吸引力的同時，彈性機（jī）構將上方其向（xiàng）下壓（yā）,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產（chǎn）品彈性裝（zhuāng）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（lì）,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾輪或轉（zhuǎn）筒磨損較快。
本（běn）產品將永磁（cí）電機采用模塊化控製（zhì），根據（jù）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（kuài）電機，一台整圓電機由多台（tái）模塊電機構（gòu）成（chéng）,多台模塊電機共用同一（yī）個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子（zǐ）塊間設有固定在支撐框架上的擋板來（lái）對定（dìng）子塊進行圓周（zhōu）方（fāng）向的限位。球磨機滾筒的法蘭處銜接T型支撐板,用於支（zhī）撐安裝電（diàn）機轉子鐵（tiě）心及（jí）磁鋼（gāng）。
本（běn）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（yī）次拆卸密封外殼、彈性機構、彈性（xìng）機構與定子塊之間的連接（jiē）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（huàn）新的定子塊。
3、采用本（běn）產品代替（tì）傳統磨（mó）機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（yīng）電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進（jìn）行驅（qū）動。永磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高的（de）效率和功率因數，損耗大（dà）大降低，節約了能源。永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（yīng）電（diàn）機（jī）則起動相對困難（nán）。這些也是（shì）近年來永（yǒng）磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用（yòng）永磁直驅，取（qǔ）消了（le）中間（jiān）的（de）減速機、聯軸器（qì）、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直（zhí）驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係（xì）統的傳動效率不僅得到大（dà）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漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設（shè）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（chéng）了多個（gè）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，但是不增加電機的輸（shū）入電（diàn）流，電機不必采用高等級絕緣，模塊化電機采用多（duō）台小功率（lǜ）變頻器聯合供電。這樣（yàng）設計降低了電機的供電電壓和使用的變頻器容量，從而降低成本。球磨機（jī）運行（háng）在輕載工況時,完（wán）全可以隻（zhī）運行部分（fèn）模塊電（diàn）機驅動球磨機。
傳（chuán）統（tǒng）電機故障時，會導致電（diàn）機合成磁動（dòng）勢（shì）發（fā）生（shēng）畸變，諧波含量增加，平均轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正（zhèng）常運行。而本產品進行了（le）模（mó）塊化設（shè）計（jì），每個模塊電機都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電（diàn）機（jī）控製的自由度,可以利用其（qí）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換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具（jù）有冗餘的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘（yú）正常子模塊（kuài）降額運行。使用本產品完全不會（huì）因（yīn）電機發生故障而影響到生產工期（qī）。
球（qiú）磨機（jī）因加（jiā）工誤差（chà）、軸承磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子（zǐ）偏心現象，偏心嚴重時還會造（zào）成電（diàn）機掃膛損（sǔn）壞電機，實際生產中（zhōng）常（cháng）常通過增加氣隙大小來預防掃膛，而（ér）氣隙增大會導致永磁體用量（liàng）增加（jiā），提高電機製造成本。隨動式（shì）定子結構的模塊電（diàn）機（jī），能在（zài）轉筒（tǒng）偏心時（shí）保證定子與轉子之（zhī）間的（de）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（suí）動式定子結構（gòu）在偏心（xīn）時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更（gèng）長，大體積球磨（mó）機檢修複雜，降低檢修（xiū）次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示（shì）意圖
二、永磁直驅立磨技術（shù）
1、立磨（mó）直驅（qū）對比於傳（chuán）統感應（yīng）電機的（de）優點( 1）變頻調速控製，實現負載（zǎi）工況多樣性
傳統立磨速度單一，工況適應能力差（chà）。遇到突（tū）發事件，調整磨鞮高度來改變係統（tǒng）工作環境，係統反應速度慢（màn）。永磁同步電機采用變（biàn）頻（pín）調速，適應工況（kuàng）能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高度外（wài），還增加了速度調（diào）節以快（kuài）速適應係統工作環境，係統（tǒng）反（fǎn）應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感（gǎn）應電機無法在低速實現大（dà）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（zào）成過大的衝擊，需增加軟起動裝（zhuāng）置。三相（xiàng）感應電機起（qǐ）動後，通過減速器滿（mǎn）足係統轉矩需（xū）要，整（zhěng）個係統構成複雜，係統運行的輔助（zhù）設備很多。直驅係統由（yóu）變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特（tè）性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔助係統（tǒng）少，結構簡單。
(3）變（biàn）頻器（qì）軟起（qǐ）動，起（qǐ）動過程隨意設定
傳（chuán）統係統先由低速盤車係統起動（dòng），待三相感應電機達到起動條件後，軟起動（dòng）裝置起動（dòng）三相（xiàng）感應電機，係統運（yùn）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（pán）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動，係（xì）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行調（diào）整，以滿（mǎn）足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係（xì）統。
(4）無減速（sù）器，維護成本更低,維護次數少
係（xì）統各構成單（dān）元均需要時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元（yuán）多。同時（shí）立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成（chéng）本費用高。同時係（xì）統無法實現在低速運（yùn）行的情況下進行係統維護。直（zhí）驅係統構成單元簡（jiǎn）單，變頻器控製永磁（cí）同步電機直接驅動，控製方便。係統（tǒng）內無（wú）減速器，無需額外進行維護，係（xì）統維護成本低。同時，係統可實現在（zài）電機低速運行情況下進行係統維護。
(5）傳動效率高（gāo）,節能效果明顯（xiǎn）
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年（nián）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（yǔ）球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅立磨結構示意圖
本新型立（lì）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（tōng）過設計一種雙向載荷扇形模塊機構替代大直徑軸（zhóu）承，方便加工、生產、運輸、裝配、維修，並降（jiàng）低（dī）成本,在工程實（shí）際中具有很強的實用型（xíng）。
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（yǒng）磁電機，代替傳統的減速機（jī）與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載（zǎi）荷（hé）機構與不同的放置位置，均能達到扶正與承壓（yā）的作用，並且方便製造、裝配維護，節省（shěng）成本。均已申請（qǐng）專 利。
永磁直驅礦用球磨機 
